Керування перетворювачами системи орієнтації електронної платформи
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Керування перетворювачами системи орієнтації електронної платформи
|
|
| Creator |
Колотов, Микола Вікторович
|
|
| Description |
Дисеpтація на здобуття наукового ступеня кандидата технiчних наук за спецiальністю 05.09.12 - Напівпровідникові пеpетвоpювачi електpоенеpгiї. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2010. Дисертація присвячена розробці теоретичних та практичних засад прогнозного керування перетворювачами систем орієнтації електронних платформ. Проведено порівняння станів перемикання розглянутих напівпровідникових інверторів, змодельовано роботу чотириплечового інвертору з нульовою точкою як найбільш ефективного для систем орієнтації електронних платформ. Обґрунтовано потребу у прогнозуванні значень магнітної індукції з метою усунення спотворень, таких як магнітні збурення та аномалії для найбільш точної орієнтації платформи на орбіті. Прогнозування енергії споживання дає змогу зекономити енергію на борту платформи у випадку прогнозування її нестачі заборонивши виконання маневру. В якості математичного апарату прогнозування запропоновано використання нейронної мережі з gamma-пам'яттю та передобробкою даних. Дані, що поступають на вхід мережі, доцільно відфільтровувати від небажаних флуктуацій за допомогою вейвлет-перетворення в орієнтованому базисі, як найбільш ефективного у порівнянні з іншими перетвореннями. Розроблене програмне забезпечення для систем керування перетворювачами дозволяє прогнозувати значення магнітної індукції та енергоспоживання на базі запропонованого математичного апарату. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 – Полупроводниковые преобразователи электроэнергии. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2010. Диссертация посвящена разработке теоретических и практических основ прогнозного управления полупроводниковыми преобразователями систем ориентации электронных платформ. Наиболее эффективными для малых электронных платформ являются магнитные трехосные системы ориентации, в которых исполнительными элементами для поворота платформы являются электромагнитные катушки. Значения механических моментов, которые создаются ними, достаточно для гашения больших угловых скоростей после отделения платформы от ракеты-носителя и для выполнения маневров платформою для точной ориентации на орбите. Преобразователь системы ориентации для создания необходимого вектора механического момента должен обеспечивать возможность прямого и инверсного подключения трех катушек к источнику питания, а также их отключение, то есть 3327 вариантов. В результате анализа существующих схем обоснован выбор четырѐхплечевого инвертора с нулевой точкой, как компромиссного решения между количеством вариантов подключения катушек и массогабаритными показателями, которые обусловлены количеством силовых ключей схемы. Проведено моделирование системы ориентации с выбранным преобразователем для трех алгоритмов подключения катушек. С точки зрения быстродействия наиболее эффективным является режим максимального механического момента с одновременной работой двух катушек только на определенных участках при взаимодействии с магнитным полем Земли. При этом стабилизация по одной оси происходит в 1,95 раза быстрее, нежели при непрерывной работе двух катушек. Однако экономичный режим, когда на каждом временном интервале работает одна катушка, характеризуется наименьшим расходом энергии. Анализ движения платформы в идеальном и в приближенном к реальному магнитном поле Земли показал, что необходимо проводить прогнозирование значений магнитной индукции с целью исключения влияния на точность ориентации аномальных магнитных зон и магнитных бурь. Таким образом, для определения углов рассогласования между бортовой и, определяющей требуемое положение платформы, орбитальной системами координат, предложен синтез стандартного применяемого для трехосной системы ориентации Triad-алгоритма и рекурсивного метода с прогнозированием. Это дает возможность устранить недостатки Triad-алгоритма путем использования прогнозной модели магнитного поля Земли в случаях искажения измерений магнитной индукции трехкоординатным датчиком магнитного поля. В качестве математического аппарата прогнозирования предложено использование нейронных сетей с gamma-памятью и предварительной обработкой данных. В нейронных сетях осуществляется расчет прогноза на основании текущих и предыдущих значений, которые за счет gamma-памяти сохраняются внутри сети. Таким образом, отсутствует потребность в формировании временного ряда перед прогнозированием, что существенно уменьшает время для определения прогноза. Данные, которые поступают на вход сети, целесообразно отфильтровывать от ненужных высокочастотных флуктуаций для выделения тенденции поведения. Предварительная обработка временного ряда значений с помощью дискретных вейвлет-преобразований позволяет выполнить задачу фильтрации, а также произвести сжатие временного ряда. Это дает возможность выбрать более простую структуру нейронной сети, а, соответственно, увеличить быстродействие вычисления прогноза. В диссертации проведено сравнение вейвлет-преобразований Хаара, Добеши и вейвлет-преобразований в ориентированном базисе. Для вейвлет-преобразования в ориентированном базисе требуется меньше уровней разложения за счет одновременного использования трех ортогональных фильтров вместо двух при сравнении с другими исследуемыми вейвлет-преобразованиями. Учитывая энергетические ограничения и требования к энергообеспечению, в предложенной магнитной системе ориентации обеспечивается прогнозирование энергии потребления. Система управления преобразователем рассчитывает потребляемую мощность и время работы электромагнитных катушек на основе данных про состояние и алгоритм работы ключей преобразователя, про скорость вращения платформы и значений углов рассогласования. Производится вычисление прогнозного значения энергии и в случае недостатка для осуществления маневра энергии система управления преобразователем отключает катушки. Таким образом, прогнозирование энергии потребления дает возможность сэкономить энергию на борту за счет запрета маневрирования при прогнозировании еѐ недостатка. Разработанное программное обеспечение для прогнозирования значений магнитной индукции и энергии потребления позволяет произвольно настраивать структуру нейронной сети. Предварительная обработка временных рядов происходит на различное количество уровней разложения с помощью вейвлет-преобразований в ориентированном базисе, Хаара и Добеши 2-10 порядков, при этом рассчитывается количество машинных операций, что дает возможность оценить достоинства вейвлет-преобразования в ориентированном базисе. Например, при сравнении с преобразованием Хаара количество операций меньше на 23,7 %, а с преобразованием Добеши 2 порядка - почти в 2 раза. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при разработке микропроцессорных систем управления преобразователями в НИИ «ХЭМЗ» (г. Харьков), ООО «СТАРТ» (г. Харьков), а также внедрены в учебный процесс кафедры промышленной электроники Национального технического университета Украины «КПИ» (г. Киев) в курсе учебной дисциплины «Специализированные и промышленные микропроцессорные системы». Thesis for a candidate of science degree in the speciality 05.09.12 - Semiconductor Converters of Electric Energy. – National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, 2010. The dissertation is devoted to the development of theoretical and practical principles of prediction control of semiconductors convertors for orientation systems of platforms. As a result of comparison and modeling of switching 4-shoulder inverter with zero point is chosen as the most effective device for orientation system of electronic platforms. Predicting the values of magnetic induction to eliminate distortions, such as magnetic disturbances and anomalies give more accurate targeting platform in orbit. Forecasting energy consumption allows saving energy on the platform in case of forecasting its lack by banning a maneuver. It is proposed the mathematic instrument for prediction such as neural networks with gamma memory and data preprocessing. Data which enter to the network is appropriated to filter out unwanted fluctuations using wavelet transformation in oriented basis, as the most effective compared with other types of wavelet transformations. The software for control transformers can predict the value of magnetic induction and power consumption in real time. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2011-03-02T11:50:56Z
2011-03-02T11:50:56Z 2010 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/727
|
|
| Language |
uk
|
|