Оптимизация управляющей подсистемы мехатронного модуля на основе трехфазного асинхронного электродвигателя

Abstract

Для мехатронных модулей, используемых в составе промышленных роботов и мобильных транспортных средств, является актуальной проблема оптимизации параметров с целью обеспечения минимальных потерь энергии при заданных динамических характеристиках. Целесообразным является использование в мехатронных модулях трехфазных асинхронных электродвигателей, как обладающих рядом преимуществ. В частности, меньший момент инерции ротора создает предпосылки для получения лучших динамических свойств, чем при использовании в других типов двигателей. В данной статье предлагается решение задачи оптимизации управляющей части мехатронного модуля с трехфазным асинхронным электродвигателем. Оно основано на использовании линейной математической модели второго порядка, полученной путем линеаризации механической характеристики двигателя, и квадратичного критерия оптимизации. Допустимость линеаризации модели обоснована и подтверждена результатами моделирования. Переменными состояния для рассматриваемого модуля являются угол поворота выходного вала и угловая скорость электродвигателя. Задача оптимизации решена аналитически. В результате получены аналитические зависимости для расчета оптимальных коэффициентов обратной связи по углу поворота выходного вала и угловой скорости электродвигателя. Данные зависимости могут использоваться в инженерных расчетах. Установлено, что коэффициент обратной связи по углу поворота выходного вала определяется только элементами матриц критерия оптимизации, что позволяет один из элементов выбирать произвольно. Коэффициент обратной связи по скорости зависит также от параметров двигателя. С помощью математической модели исследовано влияние матриц критерия оптимизации на качество переходных процессов и потери энергии. Предложены рекомендации по выбору данных матриц при проектировании оптимальных приводов.