Synthesis of automatic control system of traction asynchronous motor of transport diesel-generator power plant

Abstract

This paper presents the synthesis of an automatic control system for a traction induction mo-tor used in a transport diesel-generator power plant. The objective of the study is to improve the stabil-ity and dynamic performance of current regulation under varying operating conditions. The research covers three main aspects: analysis of the diesel-generator plant as a control object, development of a methodology for designing current regulators, and validation of the synthesized regulators against real transient processes. The proposed methodology provides a systematic approach to constructing struc-tural schemes of the current control loop and the closed-loop system. A new regulator transfer function is synthesized based on transient performance criteria, specifically limiting settling time and over-shoot, while maintaining robustness to parameter variations caused by ambient temperature. Analysis shows that the fastest current regulation loop, which determines the system’s overall dynamics, be-comes unstable when a conventional regulator based on subordinate control is applied. In practice, widely used serial diesel-generator plants exhibit temperature-induced variations in stator resistance during warm-up, leading to significant overshoot and reduced responsiveness. These effects highlight the limited robustness of existing regulator designs. In contrast, the newly synthesized regulator demonstrates stable transient responses even under resistance variations, confirming its adaptability and efficiency in real conditions. The results provide a foundation for the development of modern con-trol systems for transport diesel-generator power plants, ensuring stable operation, required dynamic properties, and improved reliability. Consequently, the findings have practical significance for creating next-generation traction drive control systems for railway and other transport applications.

Această lucrare prezintă sinteza unui sistem de control automat pentru un motor cu inducție de tracțiune utilizat într-o centrală electrică diesel-generator pentru transport.Obiectivul studiului este de a îmbunătăți stabilitatea și performanța dinamică a reglării curentului în condiții variabile de funcționare.Cercetarea acoperă trei aspecte principale: analiza centralei diesel-generator ca obiect de control, dezvoltarea unei metodologii pentru proiectarearegulatoarelor de curent și validarea regulatoarelor sintetizate în raport cu procesele tranzitorii reale.Metodologia propusă oferă o abordare sistematică pentru construirea schemelor structurale ale buclei de control al curentului și ale sistemului în buclă închisă.O nouă funcție de transfer a regulatorului este sintetizată pe baza unor criterii de performanță tranzitorie, limitând în mod specific timpul de stabilizare și depășirea, menținând în același timp robustețea la variațiile parametrilor cauzatede temperatura ambiantă.Analiza arată că cea mai rapidă buclă de reglare a curentului, care determină dinamica generală a sistemului, devine instabilă atunci când se aplică un regulator convențional bazat pe control subordonat.În practică, centralele diesel-generatoare de serie utilizate pe scară largă prezintă variații induse de temperatură ale rezistenței statorice în timpul încălzirii, ceea ce duce la depășiri semnificative și la o capacitate de răspuns redusă.Aceste efecteevidențiază robustețea limitată a proiectelor de regulatoare existente.În schimb, regulatorul nou sintetizat demonstrează răspunsuri tranzitorii stabile chiar și la variații de rezistență, confirmând adaptabilitatea și eficiența sa în condiții reale.Rezultatele oferă o bază pentru dezvoltarea unor sisteme moderne de control pentru centralele electrice cu generatoare diesel pentru transport, asigurând o funcționare stabilă, proprietățile dinamice necesare și o fiabilitate îmbunătățită.

Основная цель исследования —синтез системы автоматического управления тяговым асинхронным двигателем транспортной дизель-генераторной энергетической установки. Для достижения поставленнойцелибыли решены следующие задачи: анализ транспортной дизель-генераторной энергетической установкикак объекта управления тяговым асинхронным двигателем, разработка методики синтеза регуляторов токасистемы автоматического управления асинхронным двигателем и проверка соответствия полученных результатов реальным переходным процессам.Наиболее важными результатами являются получение структурных схем контура регулирования тока и замкнутой системы, а также синтез передаточной функции нового регуляторапо критерию обеспечения требуемых характеристик переходного процесса (ограничение времени переходного процесса и показателя колебательности) при наличии изменения параметров объекта регулирования под влиянием температуры окружающей среды. Исследование показало, что самый быстродействующий контур регулирования тока,определяющий динамические свойства всей системы, при использовании базового регулятора, синтезированного методом подчиненного регулирования, демонстрирует нестабильные переходные характеристики. В частности,для известных серийных дизель-генераторных транспортных энергоустановок,при изменениисопротивлениястаторной цепи под влиянием температурных колебаний в процессе прогреваэнергоустановкивозникает значительное перерегулирование,что приводитк уменьшению быстродействиярегуляторов. Это свидетельствует онестабильности работы таких регуляторов при вариации параметровобъекта. В отличие от этого, полученные переходные характеристики нового синтезированного регулятора тока подтверждают стабильность его работы даже при изменении активного сопротивления статорной цепи, что доказывает его лучшуюадаптивность и эффективность в реальных условиях. Результатыисследованияпозволяют проводить разработку современных систем управления дизель-генераторными энергетическими установками транспортных средств, обеспечивая при этом стабильность и требуемые системные свойства в условиях эксплуатации. Значимость полученных результатов состоит впрактическомприложении, поскольку они способствуют созданию более надежных, эффективных и адаптивных систем управления для транспортных средств.