Автоматизация управления электроприводом обитаемого подводного аппарата

В настоящее время происходит интенсивное развитие обитаемых и необитаемых подводных аппаратов благодаря освоению шельфовых нефтегазовых месторождений, развитию подводной археологии и геологоразведочной деятельности в транзитных зонах относительно добычи полезных ископаемых с морского дна. Глубина погружения и характер выполняемых подводно-технических работ определяют не только конструктивное исполнение подводного аппарата, его энерговооруженность и техническую оснащенность, но и предъявляют высокие требования по надёжности, живучести и обитаемости в случае, если подводный аппарат подразумевает нахождение оператора на борту внутри прочного корпуса. Основные цели проведённого авторами исследования – это достижение высоких показателей надёжности и живучести основных элементов движительно-рулевого комплекса, обеспечивающих движение обитаемого подводного аппарата в толще воды, его позиционирование и удержание в заданной точке акватории.

Для этого была проведена разработка автоматизированной системы управления электроприводом движителей обитаемого подводного аппарата. Предложена блок-схема системы управления движением, разработаны схемотехнические решения с использованием силовых полупроводниковых приборов для поддержания работоспособности электропривода в экстремальных и аварийных условиях эксплуатации, разработаны алгоритмы управления движением. Электромагнитные расчёты активной части электрической машины выполнены методом конечных элементов с учётом геометрических особенностей зубцовой зоны ротора и статора. На основе предложенного математического аппарата рассчитаны оптимальные управляющие воздействия электроприводом и дана количественная оценка по снижению электрических потерь при оптимальном управлении. Расчёт оптимальных параметров управления осуществлялся с помощью принципа максимума. Начальные условия для вспомогательных функций определены методом Ньютона–Рафсона. Проведено сравнение различных режимов работы электропривода с их влиянием на продолжительность кампании и другие показатели.

В проведённых расчётах не учитывались параметры и геометрия движителя – гребного винта, потому как разработчики систем электродвижения обитаемых и необитаемых подводных аппаратов различного класса часто намеренно идут на снижение коэффициента полезного действия винта в угоду увеличению частоты вращения вала электродвигателя, следствием чего является снижение габаритов и массы последнего.

1. . Григорьев А И , Литвиненко В В , Лапсарь С А Перспективные технологии глубоководных аппаратов на примере создания АНПА «Витязь» // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук, Санкт-Петербург - 2020 − № 4 - С 117−122 [Электронный ресурс]: https://elibrary ru/item asp?id=44392933 Доступ 22 08 2021

2. . Движительно-рулевой комплекс подводного аппарата: Морской энциклопедический словарь в двух томах / Под ред акад Н Н . Исанина Том 1 [Электронный ресурс]: https://www korabel.ru/dictionary/detail/409 html Доступ 22 08 2021

3. . Kamalakannan, C , Kamaraj, V, Paramasivam, S ., Paranjothi, S Switched reluctance machine in automotive applications - A technology status review In: Proceedings of the 2011 1st International Conference on Electrical Energy Systems, Newport Beach (USA), 2011, pp 187-197 https://doi.org/10 1109/ICEES20115725326

4. . Voron, Oleg A , Petrushin, Alexandr D Improving the Energy Efficiency of Electric Machines for Specialized Railway Rolling Stock In: 2021 XVIII International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives (ACED), Ekaterinburg, Russia https://doi.org/10 1109/ACED50605 2021 9462273

5. . Nuca, I , Todos, P, Esanu, V Urban electric vehicles traction: Achievements and trends In: Proceedings of the 2012 International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE ‘2012), Iaşi (Romania), 2012, pp 76-81 https://doi.org/10 1109/ICEPE 2012 6463948

6. . Petrushin, A , Smachney, V, Petrushin, D Research of options for maintaining the operability of the traction switched reluctance motors in emergencies IOP Conf Series: Materials Science and Engineering, 2020, Vol 950, Iss 1, pp . 012028 https://doi.org/10 1088/1757-899X/950/1/012028

7. .Petrushin, A .D ., Kashuba, A V Improvement of switched re-luctance motor performance using optimization algorithms In: Proceedings of 10th International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS 2018), Novocherkassk, October 3-6, 2018, pp 4−7 https://doi.org/10 1109/ICEPDS 2018 8571756

8. . Пат № 2629753 Российская Федерация, МПК Н02К 19/06 Вентильно-индукторная электрическая машина / Петрушин А . Д ., Петрушин Д А ., Чавычалов М . В .; заявители и патентообладатели - №2016102297; заявл 25 01 2016; опубл 26 07 2017, бюл № 21 [Электронный ресурс]: https://yandex ru/patents/doc/RU2629753C2_20170901 Доступ 22 08 2021

9. . Krishnan, R Switched Reluctance Motor Drives Modeling, Simulation, Analysis, Design and Applications London, CRC press, 2001, 432 p https://doi.org/10 1201/9781420041644

10. Petrushin, A D , Kashuba, A V, Petrushin, D А Using Optimization Algorithms in the Design of SRM Modelling and Control of Switched Reluctance Machines Ed by Rui Esteves Araújo London, IntechOpen, 2020, 24 p https://doi.org/http://dx https://doi.org/doi.org/10 5772/intechopen 89123/

11. Hamouda, M , Menaem, A A , Rezk, H , Ibrahim, M N Comparative Evaluation for an Improved Direct Instantaneous Torque Control Strategy of Switched Reluctance Motor Drives for Electric Vehicles Mathematics, 2021, Vol 9, Iss 4 https://doi.org/10 3390/math9040302

12. Casella, F, Bachmann, B On the choice of initial guesses for the Newton-Raphson algorithm Applied Mathematics and Computation, 2021, Vol 398, pp 125991 https://doi.org/10.1016/jamc 2021 125991.