RU2450299C1 - Control device for marine electric propulsion system based on fuzzy controller - Google Patents
Control device for marine electric propulsion system based on fuzzy controller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450299C1 RU2450299C1 RU2010140864/08A RU2010140864A RU2450299C1 RU 2450299 C1 RU2450299 C1 RU 2450299C1 RU 2010140864/08 A RU2010140864/08 A RU 2010140864/08A RU 2010140864 A RU2010140864 A RU 2010140864A RU 2450299 C1 RU2450299 C1 RU 2450299C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- fuzzy
- voltage inverter
- control
- microcontroller
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к судостроению, в частности к применению нечеткой логики для регулирования трехфазного асинхронного двигателя, используемого в судовой системе электродвижения.The invention relates to shipbuilding, in particular to the use of fuzzy logic for regulating a three-phase asynchronous motor used in a ship's electric propulsion system.
Управление трехфазным асинхронным двигателем осуществляется со стороны статора при помощи преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Таким образом, наиболее близкой к предлагаемой системе является система управления, описанная Джоуз А.Торрико, Эдсон Бим (Jose A.Torrico, Edson Bim) в работе «Управление током трехфазным инвертором с использованием нечеткой логики и пространственного вектора» (Fuzzy Logic Space Vector Current Control of Three-Phase Inverters, UNICAMP-FEEC-DSCE), которая включает в себя регулятор тока, микропроцессорную подсистему, рассчитывающую и управляющую временными задержками между переключениями ключей инвертора для получения заданного регулятором тока пространственного вектора напряжения, силовой инвертор, трехфазный асинхронный двигатель, преобразователь координат в обратной связи, осуществляющий переход от трехфазной системы токов к двухфазной.The three-phase asynchronous motor is controlled from the stator by means of a frequency converter with a DC link. Thus, the closest to the proposed system is the control system described by Jose A. Torrico, Edson Bim (Jose A. Torrico, Edson Bim) in the work "Current control three-phase inverter using fuzzy logic and spatial vector" (Fuzzy Logic Space Vector Current) Control of Three-Phase Inverters, UNICAMP-FEEC-DSCE), which includes a current regulator, a microprocessor subsystem that calculates and controls the time delays between switchings of the inverter keys to obtain the spatial voltage vector specified by the current regulator, a power inverter, a three-phase asynchronous motor, a coordinate converter in feedback, which transfers from a three-phase current system to a two-phase one.
Применение в данной системе управления регулятора тока позволяет получать постоянную частоту переключения без ухудшения динамических свойств системы. Представленный регулятор тока позволяет упростить систему вычислений, благодаря применению нечеткой логики, что делает необязательным знание точной математической модели для расчета времени переключения пространственного вектора напряжения. Однако для реализации вышеописанной системы требуется усложнение исходной системы путем введения в нее дополнительного блока математических расчетов, осуществляющих преобразование векторов токов из трехфазной системы координат в двухфазную систему координат α-β, вращающуюся в электрическом пространстве с синхронной угловой скоростью, равной частоте напряжения питания.The use of a current regulator in this control system allows a constant switching frequency to be obtained without compromising the dynamic properties of the system. The presented current regulator makes it possible to simplify the calculation system due to the use of fuzzy logic, which makes it unnecessary to know the exact mathematical model for calculating the switching time of the spatial voltage vector. However, to implement the above system, complication of the initial system is required by introducing into it an additional block of mathematical calculations that convert current vectors from a three-phase coordinate system to a two-phase coordinate system α-β, rotating in electric space with a synchronous angular velocity equal to the frequency of the supply voltage.
В предлагаемом изобретении применение нечеткой логики в нечетком регуляторе скорости обосновывается следующими преимуществами: отсутствие необходимости в точном математическом описании управляемого объекта, возможность относительно легкой перенастройки нечеткого регулятора скорости, возможность увеличения количества входных переменных нечеткого регулятора скорости. Нечеткий регулятор скорости реализуется на микроконтроллере, благодаря чему возможна удаленная настройка нечеткого регулятора скорости, которая в дальнейшем может способствовать более широкому применению предлагаемого регулятора, а также построению адаптивной системы на базе изобретения.In the present invention, the use of fuzzy logic in a fuzzy speed controller is justified by the following advantages: no need for an exact mathematical description of the controlled object, the possibility of relatively easy reconfiguration of the fuzzy speed controller, the possibility of increasing the number of input variables of the fuzzy speed controller. The fuzzy speed controller is implemented on the microcontroller, which makes it possible to remotely configure the fuzzy speed controller, which can further contribute to the wider application of the proposed controller, as well as the construction of an adaptive system based on the invention.
Предлагаемое изобретение представляет собой устройство управления судовой системой электродвижения, в частности трехфазным асинхронным двигателем, используемым в судовой системе электродвижения. В состав устройства входят элемент сравнения, блок оценки скорости изменения рассогласования системы, нечеткий регулятор скорости, выполненный на базе микроконтроллера, система управления трехфазным автономным инвертором напряжения, реализованная также на базе микроконтроллера, трехфазный автономный инвертор напряжения. Структурная схема системы управления представлена на чертеже.The present invention is a device for controlling a ship electric propulsion system, in particular a three-phase asynchronous motor used in a ship electric propulsion system. The device includes a comparison element, a unit for estimating the rate of change of the system mismatch, a fuzzy speed controller based on a microcontroller, a control system for a three-phase autonomous voltage inverter, also implemented on the basis of a microcontroller, a three-phase autonomous voltage inverter. The block diagram of the control system is shown in the drawing.
Входными параметрами устройства управления судовой системой электродвижения являются сигнал задания угловой скорости вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя (ω3) и текущее значение угловой скорости вращения ротора (ω), которые сопоставляются на элементе сравнения, в результате чего вырабатывается сигнал рассогласования системы (ε). Далее сигнал рассогласования системы (ε) поступает на блок оценки скорости изменения рассогласования системы, где на основании разностных уравнений определяется второй управляющий сигнал для нечеткого регулятора скорости - сигнал скорости изменения рассогласования системы (έ). Сигнал рассогласования системы (ε) и сигнал скорости изменения рассогласования системы (έ) поступают на нечеткий регулятор скорости. Процесс обработки сигнала в нечетком регуляторе скорости можно разделить на следующие этапы:The input parameters of the shipboard electric propulsion system control device are the signal for setting the angular rotational speed of the rotor of the three-phase asynchronous motor (ω 3 ) and the current value of the angular rotational speed of the rotor (ω), which are compared on the comparison element, as a result of which the system mismatch signal (ε) is generated. Next, the system mismatch signal (ε) is sent to the system mismatch change rate estimation unit, where, based on the difference equations, the second control signal for the fuzzy speed controller is determined - the system mismatch change speed signal (έ). The system mismatch signal (ε) and the system mismatch speed signal (έ) are sent to a fuzzy speed controller. The signal processing in the fuzzy speed controller can be divided into the following steps:
- оцифровка сигнала;- digitization of the signal;
- фаззификация;- fuzzification;
- нечеткий логический вывод на основе базы правил;- fuzzy inference based on the rule base;
- композиция;- composition;
- дефаззификация.- defazzification.
На этапе фаззификации дискретные четкие сигналы рассогласования системы (ε) и скорости изменения рассогласования системы (έ) в дискретные моменты времени приводятся к нечеткости, то есть определяется степень принадлежности значений этих сигналов заданным нечетким множествам, представленным в программе в форме функций принадлежности. Далее на основании базы правил, составленной с использованием эмпирических данных, происходит нечеткий логический вывод, то есть определение степеней истинности каждого из правил (агрегирование) и последующее формирование выходной функции принадлежности, для каждого из правил (активизация). После чего происходит расчет итоговой функции принадлежности, определяющей выходное воздействие (композиция). На конечном этапе логической обработки сигнала происходит дефаззификация, то есть приведение нечеткого сигнала к четкому. Применение микроконтроллера при реализации нечеткого регулятора скорости позволяет на каждом из описанных этапов использовать различные алгоритмы обработки сигналов. Так, например, на этапе дефаззификации в программе предусмотрены следующие варианты:At the stage of fuzzification, discrete clear signals of the system mismatch (ε) and the rate of change of the system mismatch (έ) at discrete time instants result in fuzziness, i.e., the degree of belonging of the values of these signals to given fuzzy sets represented in the program in the form of membership functions is determined. Further, on the basis of the rule base compiled using empirical data, a fuzzy logical conclusion occurs, that is, the determination of the degrees of truth of each of the rules (aggregation) and the subsequent formation of the output membership function for each of the rules (activation). After that, the total membership function that determines the output effect (composition) is calculated. At the final stage of the logical signal processing, defuzzification occurs, that is, bringing the fuzzy signal to a clear one. The use of a microcontroller in the implementation of a fuzzy speed controller makes it possible to use various signal processing algorithms at each of the described steps. So, for example, at the stage of defuzzification, the program provides the following options:
- бисекторный, когда четкое управляющее воздействие определяется, как абсцисса прямой, параллельной оси ординат, разделяющей область под графиком итоговой функции принадлежности на две равные по площади части;- bisectorial, when a clear control action is defined as the abscissa of a line parallel to the ordinate axis, dividing the area under the graph of the total membership function into two parts of equal area;
- центроидный, когда четкое управляющее воздействие определяется, как абсцисса центра тяжести фигуры, ограниченной итоговой функцией принадлежности. - centroid, when a clear control action is defined as the abscissa of the center of gravity of the figure, limited by the total membership function.
Варьирование алгоритмов обработки позволяет изменять закон управления в зависимости от необходимости. Далее четкое управляющее воздействие, сформированное на нечетком регуляторе скорости и представляющее собой сигнал задания частоты напряжения питания обмоток статора (Uf), подается на вход системы управления трехфазным автономным инвертором напряжения, выполненной на базе микроконтроллера. Система управления трехфазным автономным инвертором рассчитывает временные интервалы включения ключей трехфазного автономного инвертора напряжения, соответствующие сигналу задания частоты напряжения питания обмоток статора (Uf). При этом система управления трехфазным автономным инвертором напряжения реализует векторную широтно-импульсную модуляцию. С выхода системы управления трехфазным автономным инвертором напряжения, выполненном на базе микроконтроллера, на ключи трехфазного автономного инвертора напряжения подаются управляющие импульсы (Uy). Кроме того, на трехфазный автономный инвертор напряжения подается постоянное напряжение питания (Ud) от внешнего источника. В результате трехфазный автономный инвертор напряжения формирует на обмотках статора трехфазную систему напряжений (uA, uB, uC), которая дает изменения токов, близких к синусоидальным. Нагрузкой трехфазному асинхронному двигателю (управляемому объекту) служит внешний момент сопротивления (Mc).Varying the processing algorithms allows you to change the control law depending on the need. Next, a clear control action generated on a fuzzy speed controller and representing a signal for setting the frequency of the supply voltage of the stator windings (U f ) is fed to the input of the control system of a three-phase autonomous voltage inverter made on the basis of the microcontroller. The three-phase autonomous inverter control system calculates the time intervals for switching on the keys of the three-phase autonomous voltage inverter, corresponding to the signal for setting the frequency of the supply voltage of the stator windings (U f ). In this case, the control system of a three-phase autonomous voltage inverter implements vector pulse-width modulation. From the output of the control system for a three-phase autonomous voltage inverter made on the basis of a microcontroller, control pulses (U y ) are supplied to the keys of a three-phase autonomous voltage inverter. In addition, a three-phase autonomous voltage inverter is supplied with a constant supply voltage (U d ) from an external source. As a result, a three-phase autonomous voltage inverter forms a three-phase voltage system (u A , u B , u C ) on the stator windings, which gives changes in currents that are close to sinusoidal. The load of a three-phase asynchronous motor (controlled object) is the external resistance moment (M c ).
Далее контур замыкается обратной связью по скорости. Таким образом, осуществляется реализация системы регулирования, представляющей собой систему управления с замкнутой цепью.Further, the circuit is closed by feedback on speed. Thus, the implementation of the regulatory system, which is a closed-loop control system, is carried out.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010140864/08A RU2450299C1 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Control device for marine electric propulsion system based on fuzzy controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010140864/08A RU2450299C1 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Control device for marine electric propulsion system based on fuzzy controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2450299C1 true RU2450299C1 (en) | 2012-05-10 |
Family
ID=46312365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010140864/08A RU2450299C1 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Control device for marine electric propulsion system based on fuzzy controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2450299C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171649U1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-06-08 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | DEVICE FOR PARALLEL CONTROL OF DISTRIBUTED SYSTEMS |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0928493B1 (en) * | 1997-06-26 | 2007-01-03 | Fluidsense Corporation | System and method for servo control of nonlinear electromagnetic actuators |
| RU2313894C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инт-КЛАСС" | Frequency-regulated asynchronous electric motor |
| RU2317632C1 (en) * | 2006-09-21 | 2008-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | System for vector control of speed of asynchronous electric motor |
| EP1749609B1 (en) * | 2005-08-01 | 2010-10-06 | Agie Charmilles SA | Method of operating an electric discharge machine,and an electric discharge machining system |
-
2010
- 2010-10-07 RU RU2010140864/08A patent/RU2450299C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0928493B1 (en) * | 1997-06-26 | 2007-01-03 | Fluidsense Corporation | System and method for servo control of nonlinear electromagnetic actuators |
| EP1749609B1 (en) * | 2005-08-01 | 2010-10-06 | Agie Charmilles SA | Method of operating an electric discharge machine,and an electric discharge machining system |
| RU2313894C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инт-КЛАСС" | Frequency-regulated asynchronous electric motor |
| RU2317632C1 (en) * | 2006-09-21 | 2008-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | System for vector control of speed of asynchronous electric motor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171649U1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-06-08 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | DEVICE FOR PARALLEL CONTROL OF DISTRIBUTED SYSTEMS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ahmed et al. | Comparison between fuzzy logic and PI control for the speed of BLDC motor | |
| Hafeez et al. | Self-tuned NFC and adaptive torque hysteresis-based DTC scheme for IM drive | |
| Arulmozhiyal et al. | Space vector pulse width modulation based speed control of induction motor using fuzzy PI controller | |
| Pujar et al. | Robust sensorless speed control of induction motor with DTFC and fuzzy speed regulator | |
| Aissaoui et al. | A fuzzy logic controller for synchronous machine | |
| Amrane et al. | A fuzzy model reference adaptive system control for induction motor drives | |
| KR101815858B1 (en) | Simulation method of synchronous generator system for ships | |
| Ramesh et al. | MRAS speed estimator based on type-1 and type-2 fuzzy logic controller for the speed sensorless DTFC-SVPWM of an induction motor drive | |
| RU2450299C1 (en) | Control device for marine electric propulsion system based on fuzzy controller | |
| Simon et al. | Comparison on the performance of Induction motor control using fuzzy and ANFIS controllers | |
| Ramesh et al. | Type-1 and type-2 fuzzy logic speed controller based high performance direct torque and flux controlled induction motor drive | |
| Sridhar et al. | Speed control of BLDC motor using soft computing technique | |
| Aichi et al. | Real-time hybrid control of induction motor using sliding mode and pi anti-windup | |
| Moghadasian et al. | Intelligent sensorless speed control of six-phase induction machine | |
| Khan et al. | Neural network modulation for a Direct Torque controlled Induction Motor Drive | |
| Kumar et al. | MRAS speed estimator for speed sensorless IFOC of an induction motor drive using fuzzy logic controller | |
| Abhiram et al. | Type-2 Fuzzy logic based controllers for indirect vector controlled SVPWM based two-level inverter fed induction motor drive | |
| Ramesh et al. | Fuzzy Logic and sliding-mode speed control based direct torque and flux control scheme to improve the performance of an induction motor drive | |
| Sit et al. | An efficient speed control method based on neuro-fuzzy modeling for asynchronous motors | |
| Lin et al. | Adaptive backstepping control for a PMSM drive using RFNN uncertainty observer | |
| Lin et al. | The hybrid RFNN control for a PMSM drive system using rotor flux estimator | |
| Jacomini et al. | Implementation of a Neuro-Fuzzy direct torque and reactive power control for DFIM | |
| Tuncay et al. | Rapid control prototyping approach to fuzzy speed control of brushless DC motor | |
| Vasudevan et al. | Different viable torque control schemes of induction motor for electric propulsion systems | |
| Srinivas et al. | A modified type-2 neuro-fuzzy SVM-based inverter fed IM drive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121008 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150927 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161008 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190520 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200623 |