omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-192-100-107SWJYZRomna-113Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGНаблюдатель расхода жидкости асинхронного электропривода центробежного насосаFluid flow observer for an asynchronous electric drive of a centrifugal pumphttps://orcid.org/0000-0002-7924-5494ЛысенкоO. А.LysenkoO. A.

ЛЫСЕНКО Олег Александрович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Электрическая техника»

г. Омск

AuthorID (РИНЦ): 643928

AuthorID (SCOPUS): 5650338820

ReseearcherID: N-5528-2015

LYSENKO Oleg Aleksandrovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Electrical Engineering Department

Omsk

AuthorID (RSCI): 643928

AuthorID (SCOPUS): 5650338820

ResearcherID: N-5528-2015

oalisenko@omgtu.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation20243012202404100107Copyright © Лысенко O.А., 20242024Лысенко O.А.Lysenko O.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/113

Статья посвящена разработке системы идентификации объемной подачи жидкости в насосных установках. Актуальность работы обусловлена растущими требованиями к автоматизации управления насосными системами. Ключевым элементом системы является наблюдатель, который позволяет оценивать основные параметры работы установки, такие как скорость вращения насоса и момент сопротивления. Для электропривода насоса используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, частота вращения которого регулируется. Давление в нагнетательном трубопроводе создается центробежным насосом. В основе наблюдателя лежит модель асинхронного двигателя в неподвижной системе координат, а для оценки скорости вращения и момента сопротивления насоса применяется наблюдатель Люенбергера. Для идентификации объемного расхода используется модель центробежного насоса, параметризованная полиномом второй степени. Авторы приводят результаты моделирования, показывающие высокую точность работы разработанного наблюдателя, с погрешностью не более 3 % в установившемся режиме. Полученные результаты демонстрируют эффективность предложенного подхода к построению системы мониторинга насосных установок.

The article examines the development of a system for monitoring the volumetric supply of liquid in pumping units. The relevance of the research is due to the growing requirements for automation of control of pumping systems. The key element of the system is the observer, which allows evaluating the main parameters of the installation, such as the pump rotation speed and the moment of resistance. The electric drive of the pump uses an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, the rotation speed of which is controlled. The pressure in the discharge pipeline is created by a centrifugal pump. The observer is based on a model of an asynchronous motor in a fixed coordinate system, and the Luenberger observer is used to estimate the rotation speed and torque of the pump. To identify the volume flow, a centrifugal pump model is used, parameterized by a second-degree polynomial. The authors present simulation results showing the high accuracy of the developed observer, with an error of no more than 3% in steady state. The results demonstrate the effectiveness of the proposed approach for constructing a monitoring system for pumping units.

идентификатор расходаасинхронный электроприводнаблюдатель Люенбергерацентробежный насосдвойная беличья клетка роторанасосная установка.flow identifierasynchronous electric driveLuenberger observercentrifugal pumpdouble squirrel cage rotorpumping unitReferencesЧернышева Т. А., Аникин В. В., Чернышев И. А., Чернышев А. Ю. Частотно-регулируемый электропривод центробежных насосных установок добычи нефти // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330, № 12. С. 168–178. DOI: 10.18799/24131830/2019/12/2417. EDN: DLSLIX.Chernysheva T. A., Anikin V. V., Chernyshev I. A., Chernyshev A. Yu. Chastotno-reguliruyemyy elektroprivod tsentrobezhnykh nasosnykh ustanovok dobychi nefti [Variable speed electric drive of centrifugal pump in oil lifting plants] // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2019. Vol. 330, no. 12. P. 168–178. DOI: 10.18799/24131830/2019/12/2417. EDN: DLSLIX. (In Russ.).Милорадов В. А. Моделирование вентильного электропривода установки электроцентробежного насоса в неподвижной системе координат // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 2. С. 435–439. EDN: FWJZDA.Miloradov V. A. Modelirovaniye ventil’nogo elektroprivoda ustanovki elektrotsentrobezhnogo nasosa v nepodvizhnoy sisteme koordinat [Simulation of the permanent ma gnet synchronous motor electric drive of the electric submersible pump in a fixed coordinate system] // Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. News of the Tula State University. Technical Sciences. 2021. No. 2. P. 435–439. EDN: FWJZDA. (In Russ.).Зенович-Лешкевич-Ольпинский Ю. А., Карницкий Н. Б. Перспективы установки частотно-регулируемого электропривода на циркуляционных насосах системы технического водоснабжения ТЭЦ // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2021. Т. 13, № 4 (52). С. 14–27. EDN: EUIRRC.Zenovich-Leshkevich-Ol’pinskiy Yu. A., Karnitskiy N. B. Perspektivy ustanovki chastotno-reguliruyemogo elektroprivoda na tsirkulyatsionnykh nasosakh sistemy tekhnicheskogo vodosnabzheniya TETs [Prospects for frequency control installation electric drive on circulation pumps CHPP technical water supply systems] // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. Kazan State Power Engineering University Bulletin. 2021. Vol. 13, no. 4 (52). P. 14–27. EDN: EUIRRC. (In Russ.).Yang R., Zhang M., Tarn T.-J. Adaptive backstepping control of a micro-needle micro-pump integrated insulin delivery system for diabetes care // 2007 7th IEEE Conference on Nanotechnology (IEEE NANO). 2007. P. 448–53. DOI: 10.1109/NANO.2007.4601229.Yang R., Zhang M., Tarn T.-J. Adaptive backstepping control of a micro-needle micro-pump integrated insulin delivery system for diabetes care // 2007 7th IEEE Conference on Nanotechnology (IEEE NANO). 2007. P. 448–53. DOI: 10.1109/NANO.2007.4601229. (In Engl.).Иванова В. Р., Киселев И. Н. Частотно-регулируемый электропривод для энергосбережения и оптимизации технологических процессов в электротехнических комплексах // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21, № 5. С. 59–70. DOI: 10.30724/1998-9903-2019-21-5-59-70. EDN: FJSXVL.Ivanova V. R., Kiselev I. N. Chastotno-reguliruyemyy elektroprivod dlya energosberezheniya i optimizatsii tekhnologicheskikh protsessov v elektrotekhnicheskikh kompleksakh [Frequency-adjustable electric drive for energy saving and optimization of technological processes in electrical complexes] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2019. Vol. 21, no. 5. P. 59–70. DOI: 10.30724/1998-9903-2019-21-5-59-70. EDN: FJSXVL. (In Russ.).LaNasa P. J., Upp E. L. Fluid Flow Measurement: A Practical Guide to Accurate Flow Measurement. 3rd ed. Amsterdam: Butterworth-Heinemann, 2014. 256 p. ISBN: 9780124095243; 978- 0124095243.LaNasa P. J., Upp E. L. Fluid Flow Measurement: A Practical Guide to Accurate Flow Measurement. 3rd ed. Amsterdam: Butterworth-Heinemann, 2014. 256 p. ISBN 9780124095243; 978-0124095243. (In Engl.).Рожков В. В., Федотов В. В. Имитационное моделирование адаптивного идентификатора скорости асинхронного двигателя агломерационной машины // Прикладная информатика. 2022. Т. 17, № 6 (102). С. 36–55. DOI: 10.37791/2687-0649-2022-17-6-36-55. EDN: FHSVTU.Rozhkov V. V., Fedotov V. V. Imitatsionnoye modelirovaniye adaptivnogo identifikatora skorosti asinkhronnogo dvigatelya aglomeratsionnoy mashiny [Simulation modeling of the adaptive speed identifier of an induction motor of a sintering machine] // Prikladnaya informatika. Jornal of Applied Informatics. 2022. Vol. 17, no. 6 (102). P. 36–55. DOI: 10.37791/2687-0649-2022-17-6-36-55. EDN: FHSVTU. (In Russ.).Антипов А. С., Краснов Д. В. Синтез системы слежения для однозвенного бездатчикового манипулятора при воздействии негладких возмущений // Проблемы управления. 2022. № 3. С. 3–15. DOI: 10.25728/pu.2022.3.1. EDN: SUVQEX.Antipov A. S., Krasnov D. V. Sintez sistemy slezheniya dlya odnozvennogo bezdatchikovogo manipulyatora pri vozdeystvii negladkikh vozmushcheniy [Tracking system design for a singlelink sensorless manipulator under nonsmooth disturbances] // Problemy upravleniya. Problemy Upravleniya. 2022. No. 3. P. 3–15. DOI: 10.25728/pu.2022.3.1. EDN: SUVQEX. (In Russ.).Bhaumik A., Das S. Virtual voltage vector based predictive current control of speed sensorless induction motor drives // ISA Transactions. Vol. 133 (6). 2023. P. 495–504. DOI: 10.1016/j.isatra.2022.07.007.Bhaumik A., Das S. Virtual voltage vector based predictive current control of speed sensorless induction motor drives // ISA Transactions. Vol. 133 (6). 2023. P. 495–504. DOI: 10.1016/j.isatra.2022.07.007. (In Engl.).Merrassi W. E., Abounada A., Ramzi M. Advanced speed sensorless control strategy for induction machine based on neuroMRAS observer // Materials Today: Proceedings. Vol. 45. 2021. P. 7615–7621. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.03.081.Merrassi W. E., Abounada A., Ramzi M. Advanced speed sensorless control strategy for induction machine based on neuroMRAS observer // Materials Today: Proceedings. Vol. 45. 2021. P. 7615–7621. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.03.081. (In Engl.).Lin-Shi X., Massioni P., Gauthier J.-Y. Estimation of inverter voltage disturbances for induction machine drive using LPV observer with convex optimization // Mathematics and Computers in Simulation. 2021. Vol. 184. P. 196–209. DOI: 10.1016/j.matcom.2020.06.004.Lin-Shi X., Massioni P., Gauthier J.-Y. Estimation of inverter voltage disturbances for induction machine drive using LPV observer with convex optimization // Mathematics and Computers in Simulation. 2021. Vol. 184. P. 196–209. DOI: 10.1016/j.matcom.2020.06.004. (In Engl.).Ren Y., Wang R., Rind S. J. [et al.] Jiang Speed sensorless nonlinear adaptive control of induction motor using combined speed and perturbation observer // Control Engineering Practice. 2022. Vol. 123. DOI: 10.1016/j.conengprac.2022.105166.Ren Y., Wang R., Rind S. J. [et al.] Jiang Speed sensorless nonlinear adaptive control of induction motor using combined speed and perturbation observer // Control Engineering Practice. 2022. Vol. 123. DOI: 10.1016/j.conengprac.2022.105166. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.