Пермские ученые разработали алгоритм для плавного движения электромобилей и лифтов
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали самонастраивающийся алгоритм, который позволит лифтам и электромобилям двигаться без рывков.
Основу систем управления двигателями практически всех современных устройств — от электросамокатов до промышленных станков — составляет синхронный мотор, который обеспечивает точность вращения. Внутри него находится ротор — вращающийся столик с магнитами по кругу, и статор — кольцо с электромагнитами вокруг. Управляет всем этим процессом контроллер — маленький компьютер с алгоритмами, который находится в щитке или спрятан внутри корпуса устройства. Он по очереди включает электромагниты статора, создавая бегущее магнитное поле. За счет этого нет проскальзывания и задержек, двигатель работает с максимальной точностью: скорость всегда соответствует заданной.
Проблема в том, что стандартные алгоритмы рассчитаны на усредненные параметры, но в реальности вес или сопротивление меняются резко, и регулятор не успевает скорректировать ток. Именно эта задержка вызывает толчки и провалы скорости. Такие перепады не только создают дискомфорт, но и разрушают механику: изнашиваются подшипники, случаются поломки и увеличивается потребление энергии.
Ученые Пермского Политеха разработали «самонастраивающийся» алгоритм, который в реальном времени подстраивает настройки регулятора в зависимости от текущей нагрузки на двигатель. Благодаря этому система управления перестает запаздывать с реакцией и успевает подстроиться даже под самые резкие перепады нагрузки.
«Мы добавили в регулятор специальный блок — алгоритм, который работает как «цифровой наблюдатель». Он постоянно следит за разницей между тем, с какой скоростью должен крутиться мотор, и как быстро он крутится на самом деле. Если эта разница появляется, программа сразу добавляет корректирующий сигнал к командам обычного регулятора — так система подстраивается быстрее и точнее», — рассказал один из авторов разработки, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук Сергей Сторожев.
Эффективность разработки проверили с помощью компьютерного моделирования. Исследователи сравнили поведение обычного мотора и мотора с новым алгоритмом при резком увеличении нагрузки. Результаты показали, что качество управления с новым алгоритмом улучшилось на 14,8 %. Для систем управления электродвигателями, где каждый процент повышения точности требует сложнейших расчетов и балансировки, это значимый показатель.
«При нормальной нагрузке оба контроллера показывают схожие результаты. Но как только условия меняются, например вес кабины резко вырастает, классический регулятор начинает терять стабильность, появляются провалы скорости и рывки. Адаптивный регулятор продолжает точно управлять двигателем, быстро и плавно возвращая его к заданным оборотам», — прокомментировал еще один разработчик, заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, профессор, доктор технических наук Александр Южаков.
Даже когда ученые специально ухудшали настройки системы, имитируя нестабильную работу, адаптивный регулятор все равно работал точнее обычного — прирост качества составил 9,6 %. Благодаря этому двигатель стал стабильнее удерживать заданную скорость и быстрее реагировать на отклонения, возвращаясь к норме.