Laboratorium. Sterowanie napędami elektrycznymi zagadnienia wybrane

Transkrypt

1 POLITECHIKA WROCŁAWSKA ISTYTUT MASZY, APĘDÓW I POMIARÓW ELEKTRYCZYCH ZAKŁAD APĘDU ELEKTRYCZEGO, MECHATROIKI I AUTOMATYKI PRZEMYSŁOWEJ Laboatou Stowan napęda lktyczny zagadnna wyban Ćwczn Badan bzczujnkowgo napędu ndukcyjngo z wybany styatoa stuna pędkośc wnka. Wocław 2013

2 1. Cl ćwczna Cl ćwczna jst: - opacowan układu bzczujnkowgo stowana slnka ndukcyjngo, - analza ważlwośc opacowango styatoa układu bzczujnkowgo na błędn oszacowan paatów schatu zastępczgo slnka ndukcyjngo, - analza ożlwośc styacj pędkośc kątowj w szok zaks jj zan, 2. Zaks ćwczna - spawdzn stanu wdzy studntów, - opacowan układu stowana wktoowgo DFOC DTC-SVM ch wyfkacja, - opacowan styatoa stuna stojana/wnka oaz pędkośc kątowj, - analza jakośc styacj ndostępnych znnych stanu slnka ndukcyjngo pzz opacowany styato, - analza ważlwośc jakośc pacy pzy znnych paatach slnka ndukcyjngo, 3. Ltatua - atały z wykładu Podstawy Autoatyk apędu Elktyczngo - atały z wykładu Stowan napęda lktyczny zagadnna wyban - Tuna H., Kaźkowsk M.P., Autoatyka napędu pzkształtnkowgo, WT, 1987, st OWACKI Z., Modulacja szokośc pulsów MSI, PW, Waszawa, VAS P., Snsolss vcto and dct toqu contol, Ofod Unvsty Pss, w Yok, ORLOWSKA KOWALSKA T., Bzczujnkow układy napędow z slnka ndukcyjny, Ofcyna Wydawncza Poltchnk Wocławskj, Wocław, DYBKOWSKI M. ORŁOWSKA-KOWALSKA T., Estyacja pędkośc wybanych paatów schatu zastępczgo slnka ndukcyjngo w bzczujnkowy układz napędowy, Pzgląd Elktotchnczny, 2012, R. 88, n 4b, s

3 Ops totyczny Sygnały spzężń zwotnych nzbędn w stuktuach wktoowgo stowana slnka ndukcyjngo (SI), tak jak stuń pędkość kątowa wnka, ożna uzyskwać zaówno na dodz poaowj jak tż oblcznowj. W zwązku z osnący zapotzbowan na układy napędow z slnka ndukcyjny oaz stal osnący wyagana w stosunku do tych układów, w ostatnch latach zaysowała sę tndncja do lnacj czujnków wlkośc chancznych, al tż wlkośc lktoagntycznych, któych poa jst utudnony bądź tż zwększa koszt całgo układu. apędy, w któych poa wlkośc chancznych lktoagntycznych został zastąpony toda oblcznowy nazywan są snsolss (tody bzczujnkow). W aę ozwoju tchnk styacj stowana pzntowano óżn podjśca do poblu owazana znnych stanu slnka ndukcyjngo. Podzał tod owazana znnych stanu został pzdstawony na Rys. 1. METODY ODTWARZAIA ZMIEYCH STAU SILIKA IDUKCYJEGO METODY FIZYKALE METODY ALGORYTMICZE METODY EUROOWE FILTR KALMAA SYMULATORY ZMIEYCH STAU OBSERWATORY ZMIEYCH STAU MODEL WIRIKA MODEL STOJAA ESTYMATOR LOREZA UKŁAD TYPU MRAS OBSERWATOR LIIOWY OBSERWATOR IELIIOWY OBSERWATOR "sldng - od" OBSERWATOR ROZSZERZOY ZREDUKOWAEGO RZĘDU PEŁEGO RZĘDU Rys. 1. Podzał tod owazana znnych stanu slnka ndukcyjngo

4 Zapzntowany powyżj podzał wyóżna tzy podstawow tody pozyskwana nfoacj o znnych stanu slnka ndukcyjngo: 1. Mtody fzykaln, bazując na zjawskach fzycznych zachodzących w aszyn, 2. Mtody algoytczn, wykozystując odl atatyczn slnka ndukcyjngo powązana zaczpnęt z to stowana, 3. Mtody nuonow, opając sę na to sztucznych sc nuonowych. Mtody fzykaln bazują na asyt agntycznj aszyny. Możlw jst wykozystan powązana haoncznych żłobkowych z stun ozposzna stojana, lub ożna wykozystać fakt, ż analza spktalna haoncznych pądu stojana ns dużą nfoację o zjawskach zachodzących w aszyn. Podstawową zaltą tych tod jst nzalżność styacj pędkośc kątowj od znnych paatów slnka badzo doba dokładność statyczna w zaks wysokch pędkośc; pzy nskch pędkoścach wynk ulgają znacznu pogosznu, pztwazan sygnałów jst badzo złożon, ponao konczna jst ngncja w wwnętzną stuktuę aszyny, dlatgo tż tody t n znalazły szokgo zastosowana w układach gulacj autoatycznj. Do najpostszych układów owazających stuń wnka pędkość kątową wnka, wykozystujących tody algoytczn (opat na odlu atatyczny slnka ndukcyjngo), nalżą tzw. syulatoy znnych stanu. Są to układy alzując odl atatyczny slnka w tchnc analogowj lub cyfowj służąc do syulacj pzbgów tych znnych w czas zczywsty. Pwsz ozwązana opsując tn tat pojawły sę w latach 80. Syulatoy tak stanową układy o właścwoścach dynacznych takch saych jak obkt. Mają on podstawową wadę są tak sao ważlw na zany paatów jak obkty, któych są odla. Syulatoa, któ najczęścj są wykozystywan w autoatyc napędu lktyczngo są syulatoy opat na ównanach obwodu stojana, oaz na ównanach obwodu wnka. Do tod tych zalczyć ożna odl napęcowy oaz odl pądowy slnka ndukcyjngo. Modl napęcowy slnka ndukcyjngo do wyznaczna stuna wnka wykozystuj watość napęca pądu stojana, natoast układ zwązany z obwod wnka wyaga dodatkowo nfoacj o aktualnj pędkośc kątowj slnka, któa coaz częścj wylczana jst pzy wykozystanu óżnych styatoów. Mo postj konstukcj syulatoów znnych stanu, układy tak n znalazły szokgo zastosowana w układach wktoowgo stowana slnka ndukcyjngo z względu na wsponaną ważlwość na

5 błędn oszacowan paatów slnka ndukcyjngo. ajczęścj są on wykozystywan w układach, w stosunku do któych n wyaga sę dużj pcyzj dzałana w szok zaks zan pędkośc kątowj, oaz w układach z poa pędkośc kątowj. Mocną pozycję wśód tod wykozystywanych do styacj znnych stanu ają tody opat na sztucznych scach nuonowych. W zastosowanach sc nuonowych w układach napędowych z slnk ndukcyjny klatkowy ukazuję sę coaz węcj pac publkacj dotyczących układów owazających znn stanu, a w szczgólnośc apltudę fazę wktoa stuna skojazongo z uzwojn wnka oaz pędkość kątową slnka ndukcyjngo. Zastosowana t opają sę na podjścu zwązany z odlowan lub dntyfkacją układów dynacznych pzy wykozystanu sc nuonowych. Rozwązan tak zapwna ałą ważlwość styatoów na błędną dntyfkację paatów schatu zastępczgo slnka ndukcyjngo, jdnakż plntacja tych algoytów w układach zczywstych jst badzo skoplkowana, a bak tod dobou wastw sc jak lczby nuonów w wastwach ukytych powoduj, ż sztuczn sc nuonow nadal n są powszchn stosowan jako styatoy stuna pędkośc kątowj slnka ndukcyjngo. Dokładność owazana stuna wnka ożna znaczn polpszyć, wpowadzając do odlu obwodów lktoagntycznych slnka spzężn zwotn o odpowdno dobanych współczynnkach wzocnna, czyl stosując tzw. obswatoy znnych stanu bazując na to stowana. Obswato stanu systu dynaczngo - obktu nazywa sę nny syst, któy na podstaw sygnałów wjścowych wyjścowych wyznacza na bżąco styatę wktoa stanu obktu. Modl atatyczn wybanych styatoów znnych stanu slnka ndukcyjngo Modl syulatoa opatgo na odlu obwodu stojana Pzy wykozystanu odlu atatyczngo slnka ndukcyjngo ównan obwodu stojana ożna pzdstawć w następującj postac, w jdnostkach względnych: d d 1 u Ψ us s s st s (1.1) T Z powyższgo ównana, po zapsanu go w postokątny układz współzędnych stacjonanych (α-β), otzyuj sę tzw. odl napęcowy stuna wnka slnka ndukcyjngo, któy ożna pzdstawć za poocą ównań:

6 u u T T u u s s s s s s T s T s ds d s (1.2) gdz: 1 2 s Sygnała wjścowy tgo odlu są składow wktoa napęca stojana oaz składow wktoa pądu stojana slnka ndukcyjngo. a podstaw ównana (1.2) ożna zbudować schat blokowy odlu napęcowgo stuna wnka aszyny ndukcyjnj, pzdstawony na Rys. 2. T s s u s u s s s s T T T s Rys. 2. Schat blokowy odlu napęcowgo stuna wnka SI w układz (α β) Modl napęcowy chaaktyzuj sę badzo dużą ważlwoścą na błędną dntyfkację lub zanę zystancj oaz aktancj stojana. Zana tych paatów o klka pocnt powoduj błędn owazan stuna wnka, co w duży stopnu pzkłada sę na złą pacę układu napędowgo. W zaks nskch częstotlwośc pojawają sę takż pobly z jakoścą styowanych sygnałów. Zwązan jst to z ałą watoścą ndukowango napęca, kdy spadk napęca na zystancj stojana jst poównywalny z watoścą napęca zaslającgo uzwojna stojana.

7 Modl syulatoa opatgo na odlu obwodu wnka W układach, w któych n wyaga sę styowana pędkośc kątowj, a wlkoścą nzbędną w układz stowana jst tylko stuń wnka, jako styato tj wlkośc stosuj sę często tzw. odl pądowy stuna wnka. Po odpowdnch pzkształcnach ównań opsujących odl slnka ndukcyjngo, ównan opsując tn odl ożna zapsać w postac: d 1 ( Ψ s Ψ ) j Ψ (1.3) T Po zapsanu powyższgo ównana w postokątny układz współzędnych stacjonanych (α-β), otzyuj sę odl pądowy stuna wnka slnka ndukcyjngo, w następującj postac: 1 T 1 T ( ( s s ) ) a podstaw ównań (3.4), otzyuj sę schat z Rys. 3: (1.4) s T T T s T Rys. 3. Schat blokowy odlu pądowgo stuna wnka SI w układz (α β) Sygnała wjścowy odlu pądowgo są składow wktoa pądu stojana oaz pędkość kątowa wnka. Modl pądowy w sposób szczgólny jst ważlwy na błędną dntyfkację paatów zwązanych z uzwojn wnka, dlatgo tż nalży go stosować w napędach, w któych wlkośc t oszacowan są z nwlk błęd. Z względu na postą konstukcję oaz zalżność od pędkośc kątowj znalazł on szok zastosowan w adaptacyjnych styatoach stuna pędkośc kątowj wnka.

8 Ida styatoa pędkośc typu MRAS Szczgólną pozycję wśód óżnych tod styacj pędkośc kątowj zajują adaptacyjn styatoy pędkośc kątowj. Owazają on zaówno stuń jak pędkość kątową wnka. Podstawową zaltą adaptacyjnych tod styacj znnych stanu jst ch posta konstukcja nsk wyagana co do wykozystywango pocsoa sygnałowgo, a dukcja kosztów polgająca na lnacj czujnka pędkośc, okablowana znjszna gabaytów aszyny jst znacząca, w szczgólnośc w uządznach asowj podukcj. W dalszj częśc pacy oówon zostaną adaptacyjn układy styacj stuna pędkośc kątowj wnka. Estyato pędkośc typu MRAS (Modl Rfnc Adaptv Syst) w postac klasycznj znanj z ltatuy składa sę z dwóch podukładów współpacujących wzajn z sobą. Jdny z nch jst odl napęcowy stuna wnka slnka ndukcyjngo opsany ównan (1.2), któy stanow podukład odnsna, natoast podukład pzstajalny jst odl pądowy stuna wnka opsany ównan (1.4). Sygnały z tych syulatoów stuna dopowadzan są do bloku adaptacj, na wyjścu któgo otzyywana jst pędkość kątowa, pzstajająca odl pądowy. Schat dowy takgo styatoa pzdstawono na Rys. 4. s u s Modl napęcowy - odl fncyjny u Mchanz adaptacj Modl pądowy - odl pzstajalny Rys. 4. Owazan pędkośc w układz z odl odnsna (MRAS) Otzyywana w tn sposób watość pędkośc kątowj slnka wykozystywana jst w układz stowana wktoowgo. Watość pędkośc, któa w ównanach odlu stuna wnka stanow nznany paat, jst dostajana na podstaw błędu poędzy dwoa odla. Mtoda ta jst w njszy stopnu ważlwa na zany paatów

9 slnka nż toda wyznaczana pędkośc z statycznych zalżnośc na poślzg pulsację stuna wnka. Pędkość kątowa oż być owozona na wyjścu gulatoa PI stowango óżncą składowych wktoów stun wnka owazanych za poocą odl stuna napęcowgo pądowgo. u u u u K I K (1.5) P Jdną z podstawowych wad styatoa MRAS w postac klasycznj jst bak jasnych guł stojna gulatoa PI znajdującgo sę w podukładz adaptacj pędkośc (Rys. 4). Poza ty nastawy klasyczngo gulatoa pownny ulgać autoatyczny zano waz z zana paatów schatu zastępczgo slnka w czas zczywsty. Mtody wykozystując zalżność na pulsację poślzgu slnka ndukcyjngo Mchanz wyznaczana pędkośc kątowj w napędach bzczujnkowych, oaz w napędach bzpcznych pownn gwaantować stablną pacę styatoa w cały zaks zan paatów układu. Pownn być stosunkowo posty w alzacj paktycznj jdnoczśn dawać szok ożlwośc do wntualnych kopnsacj zakłócń wpływających na pacę układu. Jdny z powszchn znanych stosowanych w paktyc algoytów do wyznaczana pędkośc kątowj jst chanz wykozystujący wyznaczon składow wktoa stuna wnka. Pędkość kątowa pzy wykozystanu tj tody wylczana jst z zalżnośc: syn T syn T T ˆ M s s 2 Ψ d Ψ 2 d (1.6) Mchanz wyznaczana pędkośc kątowj z ównań opsanych zalżnośca (1.6) chaaktyzuj sę ważlwoścą na zany aktancj agnsującj oaz zystancj wnka. Ponao pędkość styowana w tn sposób us być fltowana, aby ogła być wykozystana w zaknęty układz gulacj.

10 Po zastosowanu fltacj sygnał pędkośc nadaj sę do wykozystana w stuktuach bzczujnkowych. Posada jdnak stosunkowo duż pzsunęc fazow oaz oscylacj pzgulowana wynkając z tody fltacj sygnału wyjścowgo. Możlw jst pzpowadzan fltacj na tzy sposoby: fltowanu tylko sygnałów wjścowych chanzu oblczana pędkośc (pądów stun); fltowanu tylko pochodnych sygnałów stuna wnka; fltowanu sygnału wyjścowgo pędkośc; Opacował: D nż. Matusz Dybkowsk