PORÓWNANIE WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH STRUKTUR REGULACJI POŁOŻENIA W NAPĘDZIE DWUMASOWYM Z KLASYCZNYM REGULATOREM KASKADOWYM ORAZ REGULATOREM FDC

Transkrypt

1 Pa Nauow Intytutu Mazyn, Napędów i Poiaów Eltyznyh N 65 Polithnii Woławij N 65 Studia i Matiały N Piot J. SERKIES* towani pozyją, napęd dwuaowy, gulato FD, tutua aadowa PORÓWNANIE WŁAŚIWOŚI DYNAMIZNYH SRUKUR REGUAJI POŁOŻENIA W NAPĘDZIE DWUMASOWYM Z KASYZNYM REGUAOREM KASKADOWYM ORAZ REGUAOREM FD W atyul pzdtawiono poównani właśiwośi dynaiznyh layznj tutuy aadowj z gulato PI oaz gulatoa FD w pozyjonowaniu napędu ltyzngo z połązni pężyty. W wtępi pzdtawiono pzgląd tod pozyjonowania napędów z połązni pężyty. W oljnyh ozdziałah pzdtawiono odl atatyzny ozpatywango napędu oaz opiano poponowan tutuy towania. W aah badań yulayjnyh pawdzono wpływ nataw gulatoów na ih dynaię. Badania yulayjn popat zotały wyniai pyntalnyi.. WPROWADZENIE Pozyjonowani lntów wyonawzyh w pzyśl jt jdny z głównyh zadań, jai ą tawian pzd wpółznyi uładai napędowyi. Aby potać wyaganio tai ja pyzja towania, bzpizńtwo, za odpowidzi itp. w poi pojtowania tutuy towania nalży uwzględnić haatytyę azyny obozj, a w zzgólnośi ońzoną ztywność wału napędowgo. Poinięi haatytyi wału powadzić oż do ujawninia dgań ętnyh, tó znaząo pogazają doładność pozyjonowania. W ajnyh pzypadah ogą powadzić do uzodznia napędu i uniuhoinia uządznia [] [7]. Podtawowy algoyt towania pozyją napędów ltyznyh z połązni pężyty jt aadowa tutua z dodatowyi pzężniai bazująa na gulato- * Intytut Mazyn Napędów i Poiaów Eltyznyh, ul. Soluhowigo 9, 5-7 Woław, -ail: piot.i@ pw.wo.pl

2 ah typu PI []. Wyozytywan ą ówniż tody bazują na biżąj idntyfiaji paatów napędu pzy wyozytaniu ozzzongo filtu Kalana i zatoowaniu pztajalnyh gulatoów typu PI [] i tody towania H []. W paah [], [5] pzdtawiono gulato opaty o pawo Fo Dynai ontol (FD) dla napędu z ilniai ynhoniznyi o agnah twałyh. W pay tj podzilono pętl towania na dwi oddziln (paa zawia wyłązni badania yulayjn). W [5] oówiono tutuę towania z gulato ślizgowy. Uzyan wynii zotały poównan z aadową tutuą opatą o pawo FD (tóa pzntowana była ówniż w pay []). Równiż w ty pzypadu pzdtawiono wyłązni wynii yulayjn. W otatni zai pojawiły ię pa opiują zatoowani gulatoów bazująyh na noinalnyh tajtoiah fnyjnyh [6]. Wyagają on zatoowania filtów yfowyh w lu liinaji dgań ętnyh napędu. W paah [8], [9] zapoponowano zatoowani towania pdyyjngo do pozyjonowania napędów dwuaowyh. Jdna pzntowan ozwiązani a itotną wadę w potai badzo dużj złożonośi oblizniowj, o wyaga zatoowania zybigo townia iopooowgo. Mtoda FD zotała zapoponowana pzz pof. Dodd a [] i jt altnatywą dla tod powzhni toowanyh. W obzaz napędu ltyzngo tody FD wyozytywan były do towania pędośią uładu dwuaowgo [], w gulaji pędośi i oy napędów z ilniai induyjnyi dwutonni zailanyi [], zy w towaniu wonapędów z ilniai ynhoniznyi o agnah twałyh [], [5]. Główny l pay jt poównani tod pozyjonowania napędów z połązni pężyty. W badaniah wyozytano aadowy gulato położnia z gulato PI z dodatowyi pzężniai oaz gulato opaty na pawi FD (Fo Dynai ontol). Pzntowan ozwiązania zotały pzbadan yulayjni oaz pyntalni. W poduowaniu pzpowadzono ytyzną analizę ozważanyh ozwiązań.. MODE MAEMAYZNY ROZPARYWANEGO NAPĘDU Modl atatyzny ozpatywango uładu napędowgo ożna opiać poniżzyi ównaniai []: d dt d dt gdzi: ont ltoagntyzny, pędość ilnia, ( ) ( ) ( ) ( ) d dt d dt ()

3 pędość azyny obiążająj, ont ętny, pozyja wału azyny obozj, ont obiążnia, hanizna tała zaowa ilnia, hanizna tała zaowa azyny obiążająj, tała zaowa lntu pężytgo, tała pozyjonowania. Watośi paatów analizowango uładu wynoiły (,,,,,5 ). Równania zapiano w jdnotah względnyh (p.u).. SRUKURA SEROWANIA Z REGUAOREM FD Do wyznaznia pawa towania wyozytuj ię bzpośdnio ównania odlu napędu (). Wyhodzą od zinnj towanj (w pzntowany pzypadu jt to położni wału azyny obozj ), nalży poddać ją tylu otnu óżnizowaniu, aby uzyać w ównaniu zinną tująą (tóą jt ont ltoagntyzny): ( ) ( ) ( ) ( ) () W oljny ou nalży wyodębnić ygnał tująy : ( ) () Poniważ w ównaniu () wytępuj zwata potęga opatoa óżnizowania, jao odl odniinia pzyjęto uład zwatgo zędu: ( )( ) f z G () Wyznazają z ównania () zwatą pohodną zinnj towanj i podtawiają ją do ównania (), otzyujy:

4 ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ] ( )[ ] f (5) Wyozytują ponowni ównania () ożna wyznazyć oljn pohodn zinnj towanj: [ ] [ ] ( ) [ ] ( ) ( ) (6) Otatzni pawo towania ożna zapiać w upozzonj foi: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) f 6 5 (7) ) ( ) ( ) ( 6 5 (8) Rgulato FD Pętla Montu 6 5 Rozzzony iniowy Filt Kalana Ry.. Stutua towania z gulato FD Fig.. h ontol tutu of FD ontoll

5 Na yunu pzdtawiono poponowaną tutuę towania. Do popawnj pay uładu gulaji nizbędna jt znajoość płngo wtoa tanu dodatowo ozzzongo o ont obiążnia oaz jgo piwzą i dugą pohodną. Aby ożliwa była alizaja powyżzgo algoytu w lu tyaji ozzzongo wtoa tanu obitu wyozytano filt Kalana [].. KASKADOWA SRUKURA SEROWANIA Z REGUAOREM PI W layzny uładzi gulaji aadowj wytępuj zgow połązni gulatoów pędośi i położnia. W więzośi pzypadów gulato położnia jt zapojtowany jao gulato popojonalny typu P. Jao podzędny gulato pędośi używa ię zazwyzaj gulatoa typu PI. W pzypadu napędów z połązni pężyty gulato pędośi ui dodatowo zapwniać tłuini dgań ętnyh. Z tgo powodu w jgo tutuę wpowadzon uzą być dodatow pzężnia zwotn od wybanyh zinnyh tanu []. W ozpatywany pzypadu w tutuz gulaji pędośi wyozytano gulato PI z dwoa dodatowyi pzężniai od ontu ętngo i óżniy pędośi. Rgulato położnia K PP K 8 Rgulato pędośi K I d K dt P Pętla Montu d dt K Filt Kalana Ry.. Kaadowa tutua towania Fig.. aad ontol tutu aa tutua zapwnia dowoln ztałtowani dynaii pętli towania pędośią w liniowy zai pay (poniżj oganiznia ontu ltoagntyzngo). Natawy gulatoa oaz wpółzynnii wzoniń wyznazono na podtawi []: 8 K I, K P ( 8) ( ), 8 (9)

6 5 W pzypadu gulatoa pozyji, załadają zoptyalizowany haat pętli towania pędośią, natawy gulatoa popojonalngo pzyjują potać: K PP () gdzi opóźnini odpowidzi pędośiowj zoptyalizowanj pętli towania pędośią. Na yunu pzdtawiono tutuę analizowango uładu. 5. BADANIA SYMUAYJNE W ninijzy puni pzdtawiono wyban wynii badań pzdtawiają właśiwośi ozważanyh tutu. W wzytih ttah pzyjęto oganizni ontu ax ltoagntyzngo na pozioi ±,5. W tutuz aadowj pzyjęto oganizni pędośi zadanj na pozioi ±. W piwzj ax oljnośi a) b) 7,,.75,, - - t [] t [] ).5 zad d).6,.75.,., -.5 7, t [] ) ,,.75 t [] -. t [] f)..5..5,, t [] Ry.. Pzbigi wybanyh zinnyh tanu w obzaz pay liniowj: a), ), ) tutuy aadowj, b), d), f) tutuy FD, gdzi: a), b) ont ętny, ), d) pędość obiążnia, ), f) pozyja wału Fig.. Sltd tat vaiabl in th lina opating: a), ), ) aad tutu, b), d), f) FD tutu, wh: a), b) toional tou, ), d) load pd, ), f) load poition

7 6 poównano działani poponowanyh algoytów w liniowj obzaz pay. Stutua aadowa paowała z natępująyi paatai: uład piwzy 7,, uład dugi,,75, K pp.5. W pzypadu algoytu FD pzyjęto natępują natawy:, oaz,. Pzbigi wybanyh zinnyh tanu uładu napędowgo dla ozważnyh tutu gulaji pzdtawiono na yunu. a) IAE() [--] tutua aadowa f f. f.5 b) IAE() [--] tutua aadowa f.5 f f..5. ) 6 8 z [ad/] tutua FD.5 d) [--] tutua FD.5 IAE() [--]..5. f. f f.5 IAE() [--]... f. f f [ad/] [--] Ry.. Watość ytiu IAE w zalżnośi od pulaji zonanowj (a, ) i wpółzynnia tłuinia (b, d) dla tutuy: a), b) aadowj, ), d) FD Fig.. IAE ition valu bad on pulation onan (a, ) and daping fato (b, d) fo th tutu: a), b) aad, ), d) FD Aby ożliwa była ona wpływ paatów pojtowyh (pulaja zonanowa oaz wpółzynni tłuinia) pzbadano ih wpływ na zianę ytiu, jaośi gulaji IAE (Intgal of i ultiplid by Abolut Eo). IAE t () f

8 7 Dodatowo pawdzono, ja na watość IAE wpływa pozio zadanj pozyji. Wynii pzdtawion zotały na y.. Analizują pzbigi z yunu ożna zauważyć, ż w pzypadu ziany wpółzynnia tłuinia dla gulatoa aadowgo natępuj znijzni watośi waźnia gulaji (y. b) jt to związan z zwięzająy ię pz gulowani w ygnal pędośi, o pzyśpiza dojśi do zadanj pozyji. W pzypadu gulatoa FD wp. tłuinia nijzy od jdnośi powadzi do powtania nidopuzzalngo pzgulowania pozyji wału azyny zadanj. Koljno pawdzono ja na watość ytiu IAE wpływa ziana paatów napędu. Pzyjęto ożliwość zian w zai od.5 watośi znaionowj do jj dwuotnośi (na yunu jt do.5 dodatowo il to jt dla t w Pu). Uzyan wynii pzdtawiono na y. 5. Stutua aadowa a).6 b). Stutua aadowa IAE [--] IAE [--] Stutua FD ). d).6 Stutua FD IAE [--] IAE [--] Ry. 5. Wpływ zian tałj haniznj (b, d), oaz tałj pozyjonowania (a, ) na watość waźnia IAE dla tutuy: a), b) aadowj, ), d) FD Fig. 5. Influn of hang in th hanial ontant (b, d), and poitioning ontant (a, ) on th valu of IAE indx fo th tutu, wh: a), b) aad tutu, ), d) FD

9 8 6. BADANIA EKSPERYMENANE Badania pyntaln pzpowadzon zotały na tanowiu zbudowany z ilniów pądu tałgo o oy 5 W (I n,9 A) i oni bzwładnośi J,8 g połązonyh z obą długi wał (.6, Φ 6 ). Silni napędowy zailany jt z pzztałtnia paujągo w onfiguaji ota H. Mot tn towany był pzz pzętowy odulato zoośi ipulów o zętotliwośi nośnj Hz. Pędość ilnia napędowgo izona była pzz nod inntalny o ozdzilzośi 6 ipulów na obót. Pąd izony był za pooą pztwoniów typu EM. Algoyt zaiplntowany zotał na ai DS z poo ygnałowy. ała tutua póbowana była z oi,5. Pzy badaniah pyntalnyh pzyjęto natępująy algoyt: w zai t natępowała zian pozyji zadan do watośi znaionowj bądź do % tj watośi. Epynt ońzył ię po upływi. W piwzj oljnośi pawdzono wpływ zybośi odli odniinia na działani uładu w waunah pyntalnyh. Do badań pzyjęto paaty idntyzn ja w badaniah yulayjnyh. Wynii poównawz pzdtawion zotały na y. 6. Koljno pawdzono działani analizowanyh tutu w obzaz oganizń. W ty lu zadano znaionową watość pozyji. Uzyan pzbigi pzdtawiono na y. 7. a) b) 7,, ) t [].6. 7,.,.75., t [] ). f) 7,, t [], t [] d) ,,.5.5 t [],,.5.5 t [] Ry. 6. Epyntaln Pzbigi wybanyh zinnyh tanu w obzaz pay liniowj: a), ), ) tutuy aadowj, b), d), f) tutuy FD, gdzi: a), b) ont ętny, ), d) pędość obiążnia, ), f) pozyja wału azyny obozj Fig. 6. Expintal wavfo of ltd tat vaiabl in th lina opating: a), ), ) aad tutu, b), d), f) FD tutu, wh: a), b) toional tou, ), d) load pd, ), f) load poition

10 9 a) ) t [].5 f.5.5 t [] ) f) b) -.5 t [].5 d) t [] t [].5.5 t [].5 Ry. 7. Pzbigi pyntaln w obzaz oganizń: a), ), ) tutuy aadowj, b), d), f) tutuy FD. Gdzi: a), b) onty, ), d) pędośi, ), f) pozyja wału azyny obozj Fig. 7. Expintal wavfo in th liit: a), ), ) th aad tutu, b), d), f) tutu of th FD. Wh: a), b) tou, ), d) pd ), f) th poition of th haft divn ahin Z pzntowanyh pzbigów widać, ż w pzypadu tutuy aadowj wolno natojona pętla towania pędośią powoduj widozn opóźnini w dojśiu uładu do pozyji zadanj. 7. PODSUMOWANIE W pay pzdtawiono poównani dwóh tutu towania położni napędu z połązni pężyty. Piwzą była tutua z gulato FD, natoiat dugą aadowa tutua z gulato PI z dodatowyi pzężniai w toz towania pędośią oaz nadzędny popojonalny gulato położnia. Pzdtawiono poób dobou nataw dla obydwu tutu. W badaniah yulayjnyh zapzntowano wpływ pozzgólnyh paatów na waźni, jaośi towania IAE. Rozważania yulayjn popat zotały badaniai pyntalnyi. Z pzpowadzonyh analiz widać, ż tutua FD poiada badzo dob właśiwośi dynaizn, natoiat jj najwięzą wadą jt ba ożliwośi bzpośdnigo oganizani pędośi, o znaząo oganiza ożliwośi jj zatoowania. Paa wpółfinanowana w aah Stypndiu wpółfinanowango pzz Unię Euopją w aah Euopjigo Funduzu Społzngo (MK/SN/5/IV//U).

11 IERAURA [] DEUR J., PERI.N., Pointing and taing poition ontol yt of ltial div with lati taniion, 9th Intnational onfn and Exhibition on Pow Eltoni and Motion ontol- EPE PEM, Koi, Slova Rpubli,. [] SHUE E., BEINEKE S., ROFSMEIER A., GROSOEN H., Onlin Idntifiation of Mhanial Paat Uing Extndd Kalan Filt, Induty Appliation onfn IAS 97, Nw Olan 997. [] SEIJI HASHIMOO, KENJI HARA, HIROHIO FUNAO, KENZO KAMIYAMA, AR-Bad Idntifiation and ontol Appoah in Vibation Suppion, IEEE anation on Induty Appliation,, Vol. 7, No.. [] DODDS S.J., PERRYMAN R., RAPSIK M., VIEK J., Fod dynai ontol of lti div ploying PMSM with a flxibl oupling, Autalaian Univiti Pow Engining onfn, 7, AUPE 7, 9 D. 7. [5] VIEK J., MAKYS P., SURAJER M., DODDS S.J., PERRYMAN R., opaion of liding od and fod dynai ontol of lti div with a flxibl oupling ploying PMSM, Intnational onfn on Indutial hnology, 8, II 8. [6] FIRI M, YAKUB M., MARONO W., AKMEIAWAI R., Vibation ontol of wo-ma Rotay Syt Uing Ipovd NF ontoll fo Poitioning Syt, ontol and Syt Gaduat Rah ollouiu (ISGR),. [7] PEER K., SHÖING I., ORIK B., Robut Output-Fdba H ontol With a Nonlina Obv fo a wo-ma Syt, IEEE anation on Indutial Appliation,, Vol. 9, No., [8] SERKIES P.J., SZABA K., Pdyyjn towani pozyją w napędzi ltyzny z połązni pężyty, Pzgląd Eltothnizny,, Vol. 87, No.. [9] SZABA K., SERKIES P., NAEPA R, YHOWSKI M, Pditiv Poition ontol of Elati Dual-Ma Div und ou and Spd ontaint, Intnational onfn and Exhibition on Pow Eltoni and Motion ontol- EPE-PEM, Ohid Madonia. [] DODDS S.J., VIEK J., Fo dynai ontol of lti div, Edi Zilian Univity publih. [] SZABA K.., OROWSKA-KOWASKA., Daping of th oional Vibation in wo-ma Div Syt Uing Fod Dynai ontol, h Intnational onfn on oput a a ool EUROON, 7, 9 Spt. 7. [] GIROKA K, JEEŃ M, JAREK G., Stowani polowo zointowan z wyuzni dynaii azyny dwutonni zailanj, Pzgląd Eltothnizny,, Vol. 86, No., 8 8. [] Szabatt K., Stutuy towania ltyznyh uładów napędowyh z połązni pężyty, Pa Nauow Intytutu Mazyn, Napędów i Poiaów Eltyznyh Polithnii Woławij n 6, Woław 8. OMPARISON DYNAMI PROPERIES OF POSIION ONRO SRUURES IN WO-MASS DRIVE WIH HE ASSI ASADE ONROER AND FD ONROER hi pap pnt a opaion of dynai popti of th laial aad tutu with th PI ontoll and th FD ontoll in th pobl of poitioning two-a div. In th intodution povid an ovviw of thod fo poitioning two-a div. h nxt hapt, pnt a athatial odl of onidd div and dibd ontol tutu. h iulation tudy vifid influn of th ontoll tuning on div dynai. Siulation tudi w uppotd by xpintal ult.