POLECAMY
-33%
Autor:
Wydawca:
Format:
pdf, ibuk
Tematyka rozprawy obejmuje rozważania teoretyczne oraz badania symulacyjne i doświadczalne napędów bezpośrednich z silnikami synchronicznymi o wzbudzeniu od magnesów trwałych sterowanych metodą ruchu ślizgowego. W pracy skupiono się na układach regulacji położenia oraz prędkości, przyjmując założenie, że zrealizowana jest wewnętrzna pętla wektorowego sterowania silnika i regulacji składowych wektora prądu. Wykazano, że metoda sterowania ślizgowego dla elektrycznych napędów bezpośrednich umożliwia uzyskanie odporności na zmiany parametrów napędu także dla napędów z dużym momentem tarcia.
Na podstawie rozważań teoretycznych potwierdzonych badaniami symulacyjnymi i laboratoryjnymi sformułowano wniosek, że w przypadku rzeczywistych napędów elektrycznych sterowanych w sposób dyskretny konieczne jest ograniczenie wzmocnienia w pętli regulacji momentu obrotowego. Wynika stąd konieczność zastąpienia w analizowanej strukturze regulacji nieciągłej funkcji sgn() przez ciągłą aproksymację sat(). Przeanalizowane zostały różne realizacje takiej aproksymacji, obejmujące układy o stałej i zmiennej szerokości strefy aproksymacji oraz układy z członem całkującym wewnątrz strefy aproksymacji. Badano również układy z różnymi filtrami wyjściowymi, a także struktury sterowania ślizgowego z obserwatorami.
Szczególnie dużo uwagi poświęcono zastosowaniu metod wnioskowania rozmytego. Przeprowadzona analiza i badania pozwoliły na sformułowanie wniosków dotyczących zasad stosowania tej techniki w połączeniu z regulatorami ślizgowymi. W pracy krytycznie oceniono obecny w piśmiennictwie światowym nurt prac polegających na prostym zastąpieniu ciągłej aproksymacji funkcji sgn() przez jedno- lub dwuwymiarowy układ wnioskowania rozmytego. Wykazano brak istotnych zalet takiego rozwiązania przy jednoczesnym braku reguł doboru bloku wnioskowania rozmytego i trudnej ocenie stabilności. Pozytywnie zweryfikowano natomiast zastosowanie mechanizmu wnioskowania rozmytego jako agregacji regulatorów elementarnych.
Zaproponowano strukturę rozmytego, hybrydowego układu regulacji położenia i prędkości, łączącą metodą logiki rozmytej zmodyfikowany regulator położenia i prędkości o strukturze P-P-I oraz regulator ślizgowy z wyjściowym członem całkującym. Zaletami takiej struktury są: bardzo dobre właściwości dynamiczne i statyczne układu regulacji, przejrzysty zbiór reguł doboru parametrów obu regulatorów, a także prosta implementacja w rzeczywistym układzie sterowania. Wykazano eksperymentalnie, że tak zaproponowany hybrydowy układ regulacji cechuje się również dobrymi właściwościami odporności na zmiany parametrów.
Na potrzeby napędu bezpośredniego mechanizmów o dużym momencie tarcia suchego zaproponowano modyfikacje układu sterowania polegające na zastosowaniu zmiennej szerokości strefy aproksymacji funkcji sgn() wraz z obserwatorem momentu obciążenia oraz na zastosowaniu sektorowego sterowania ślizgowego. Zweryfikowano także zachowanie się w takich warunkach pracy hybrydowego układu regulacji z wnioskowaniem rozmytym.
Zaproponowano nowe rozwiązanie generatora sygnałów wzorcowych pełniącego rolę interpolatora w systemie sterowania układu napędowego. Istotą proponowanego rozwiązania jest zastąpienie typowych obliczeń off-line trajektorii wzorcowej przez obliczany on-line modelowy układ regulacji prędkości i położenia.
W pracy przedstawiono praktyczną kompensację tętnień wytwarzanego momentu elektromagnetycznego poprzez wprowadzenie dodatkowej składowej prądu zadanego. Przeprowadzono także identyfikację częstotliwościową obciążenia mechanicznego. Wyznaczone częstotliwości rezonansowe i antyrezonansowe wykorzystano do syntezy filtru cyfrowego w torze sprzężenia zwrotnego. Opracowano model symulacyjny wiernie odwzorowujący zachowania się rzeczywistego napędu. Szczególną rolę zwrócono na identyfikację i modelowanie tarcia, uwzględnienie opóźnień wnoszonych przez układy sterowania i pomiarów oraz dyskretny charakter układu sterującego. Przeprowadzone badania doświadczalne napędu bezpośredniego z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych pozwoliły na weryfikację rozważań teoretycznych i badań symulacyjnych
Rok wydania | 2013 |
---|---|
Liczba stron | 185 |
Kategoria | Automatyka i robotyka |
Wydawca | Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej |
ISBN-13 | 978-83-7775-262-3 |
Numer wydania | 1 |
Język publikacji | polski |
Informacja o sprzedawcy | ePWN sp. z o.o. |
POLECAMY
Ciekawe propozycje
Spis treści
1. Wprowadzenie | 5 |
1.1. Specyfika elektrycznych napędów bezpośrednich | 5 |
1.2. Zastosowanie metody sterowania z ruchem ślizgowym w energoelektronice i napędzie elektrycznym | 7 |
1.3. Cel i zakres pracy | 8 |
2. Sterowanie obiektami w warunkach niepewności | 10 |
2.1. Niepewność modelowania obiektów fizycznych | 10 |
2.2. Przegląd metod sterowania adaptacyjnego | 14 |
2.3. Przegląd metod sterowania odpornego | 16 |
2.4. Dyskretny układ sterowania | 18 |
3. Ciągły ruch ślizgowy | 21 |
3.1. Ruch ślizgowy z nieciągłym prawem sterowania | 21 |
3.1.1. Prawo sterowania w ruchu ślizgowym | 21 |
3.1.2. Dobór sterowania ślizgowego dla serwonapędu | 26 |
3.1.3. Badania symulacyjne sterowania ślizgowego dla serwonapędu | 30 |
3.2. Sterowanie z ruchem ślizgowym i stałą strefą graniczną | 39 |
3.2.1. Strefa graniczna w ruchu ślizgowym | 39 |
3.2.2. Dobór grubości strefy granicznej | 41 |
3.2.3. Wpływ ciągłej aproksymacji prawa sterowania ślizgowego na jakość regulacji | 42 |
3.3. Sterowanie z ruchem ślizgowym i zmienną strefą graniczną | 48 |
3.4. Sterowanie z ruchem ślizgowym i filtracją sygnału sterującego | 50 |
3.5. Sterowanie z ruchem ślizgowym i całkowaniem sygnału sterującego | 53 |
4. Hybrydowy układ sterowania | 59 |
4.1. Odporny regulator położenia i prędkości typu proporcjonalno-całkującego | 59 |
4.1.1. Proporcjonalno-całkujący regulator prędkości | 59 |
4.1.2. Proporcjonalny regulator położenia | 64 |
4.2. Struktura hybrydowego układu regulacji położenia i prędkości | 68 |
4.3. Wyniki badań hybrydowego układu sterowania | 71 |
5. Rozmyty regulator ślizgowy | 75 |
5.1. Regulatory ślizgowe z rozmytą warstwą graniczną | 75 |
5.2. Regulatory ślizgowe z rozmytym prawem sterowania | 83 |
5.3. Wnioskowanie rozmyte jako mechanizm agregacji cząstkowych regulatorów ślizgowych | 85 |
5.4. Wnioskowanie rozmyte jako mechanizm agregacji regulatora ślizgowego i regulatora ciągłego | 89 |
6. Układy sterowania z ruchem ślizgowym dla napędu bezpośredniego z tarciem | 92 |
6.1. Modelowanie i kompensacja tarcia w układach napędów elektrycznych | 92 |
6.1.1. Statyczne i dynamiczne modele tarcia | 92 |
6.1.2. Metody kompensacji tarcia w układach sterowania napędów elektrycznych | 96 |
6.2. Sterowanie ślizgowe z kompensacją i zmienną strefą graniczną dla układu z tarciem | 98 |
6.2.1. Synteza regulatora | 98 |
6.2.2. Badania laboratoryjne | 105 |
6.3. Sterowanie ślizgowe sektorowe dla układu z tarciem | 107 |
6.3.1. Transformacja TP modelu klasy LPV | 107 |
6.3.2. Dekompozycja równań dynamiki obiektu | 109 |
6.3.3. Synteza układu sterowania | 111 |
6.3.4. Badania symulacyjne | 112 |
6.4. Badanie i modyfikacja rozmytego regulatora hybrydowego dla układu z tarciem | 114 |
7. Generowanie trajektorii wzorcowej | 121 |
7.1. Miejsce i rola generatora trajektorii wzorcowej w strukturze sterowania napędu bezpośredniego | 121 |
7.2. Generowanie czasooptymalnej trajektorii wzorcowej | 122 |
7.3. Generator trajektorii wzorcowej z modelem układu regulacji położenia | 127 |
8. Identyfikacja i model matematyczny napędu bezpośredniego | 133 |
8.1. Konstrukcja stanowiska laboratoryjnego | 133 |
8.1.1. Konstrukcja mechaniczna | 133 |
8.1.2. Silnik synchroniczny o magnesach trwałych | 134 |
8.1.3. Zmiana parametrów obciążenia | 134 |
8.2. Model zamkniętego układu regulacji prądu | 135 |
8.2.1. Struktura układu regulacji prądu | 135 |
8.2.2. Model zastępczy zamkniętego układu regulacji prądu | 138 |
8.3. Model wielomasowy układu mechanicznego | 141 |
8.3.1. Identyfikacja modelu wielomasowego | 141 |
8.3.2. Kompensacja wpływu wielomasowego charakteru układu mechanicznego | 142 |
8.4. Identyfikacja i modelowanie momentu tarcia | 146 |
8.4.1. Model symulacyjny układu napędowego z tarciem | 146 |
8.4.2. Metoda identyfikacji momentu tarcia | 147 |
8.4.3. Symulacyjna weryfikacja poprawności działania metody identyfikacji | 150 |
8.4.4. Laboratoryjna identyfikacja modelu tarcia | 153 |
8.5. Identyfikacja i kompensacja tętnień momentu w silniku synchronicznym o magnesach trwałych | 154 |
8.5.1. Model matematyczny tętnień momentu | 154 |
8.5.2. Kompensacja tętnień momentu | 155 |
8.6. Układ sterowania i pomiarów | 165 |
8.6.1. Dyskretny układ pomiaru prędkości | 165 |
8.6.2. Dyskretny układ sterowania | 166 |
9. Podsumowanie | 168 |
9.1. Wnioski ogólne | 168 |
9.2. Wnioski dotyczące dalszych badań | 171 |
Literatura | 172 |
Streszczenie | 185 |