STEROWANIE ENERGOELEKTRONICZNYM ŹRÓDŁEM PRĄDU Z ZASTOSOWANIEM REGULATORÓW DYSKRETNYCH

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "STEROWANIE ENERGOELEKTRONICZNYM ŹRÓDŁEM PRĄDU Z ZASTOSOWANIEM REGULATORÓW DYSKRETNYCH"

Janina Murawska
8 lat temu
Przeglądów:

1 ELEKTRYKA 14 Zezyt 1 (9) Rk LX Ryzard PORADA, Adam GULCZYŃSKI Plitechnika Pznańka STEROWANIE ENERGOELEKTRONICZNYM ŹRÓDŁEM PRĄDU Z ZASTOSOWANIEM REGULATORÓW DYSKRETNYCH Strezczenie. Tradycyjne metdy analgweg terwania układów energelektrnicznych, pracujących jak układy niezależne z mdulacją dykretną, nie gwarantują uzykania wymaganej becnie wykiej jakści ygnałów wyjściwych. W pracy przedtawin gólną charakterytykę klaycznych raz wpółczenych metd wykrzytujących w terwaniu regulatry dykretne. Omówin algrytmy tych regulatrów pian mżliwści ich zatwania d terwania niezależnym energelektrnicznym źródłem prądu. Przedtawin wybrane wyniki badań ymulacyjnych takieg układu, dla różnych typów ygnałów zadanych. Słwa kluczwe: energelektrnika, falwniki, terwanie dykretne CONTROL OF POWER ELECTRONICS CURRENT SOURCE WITH APPLICATION OF DISCREET REGULATORS Summary. Traditinal methd f analg cntrl fr ytem wrking a independent pwer electrnic ytem with decrete mdulatin d nt enable t btain required nwday high-quality utput ignal. The article prvide general characteritic f claical and mdern methd with applicatin f digital regulatr in cntrl. It preent algrithm f thee regulatr and decriptin f pibility f their ue t the cntrl with independent pwer electrnic current urce. Selected imulatin reult f uch ytem fr different type f reference ignal are al included. Keywrd: pwer electrnic, inverter, decrete cntrl 1. WPROWADZENIE Zadaniem układów energelektrnicznych jet przekztałcanie energii elektrycznej pbieranej z dtępnych technicznie źródeł energi kreślnym napięciu/prądzie i częttliwści, na napięcie/prąd i częttliwść wymagane przez dbirniki energii elektrycznej, a także terwanie przepływem tej energii. Przekztałtniki pwinny kztałtwać ygnały wyjściwe napięcia w pób ptymalny ze względu na zadania realizwane przez dbirnik.

2 44 R. Prada, A. Gulczyńki Układy energelektrniczne pracujące jak niezależne źródła napięcia i prądu znajdują zatwanie w elektrakutyce, różnych dziedzinach pecjalnych (m.in. generatry energetycznych przebiegów wzrcwych), układy realizujące np. ptymalne terwanie napędów elektrycznych, jak blki wyknawcze w układach aktywnej kmpenacji, a także źródła prądu twane w magnetterapii [4,6]. Sterwanie układami energelektrnicznymi pracującymi jak układy niezależne jet zagadnieniem trudnym ze względu na wykrzytywanie metd mdulacji dykretnej (np. PWM [6]). Sterwanie takimi układami metdami analgwymi był realizwane z wykrzytaniem klaycznych regulatrów PID jak dbrze znanych i zerk twanych w praktycznych rzwiązaniach ze względu na kutecznść, dprnść raz tunkw prte metdy trjenia parametrów regulatra. Obecnie d zadań terwania układów twana jet technika cyfrwa, umżliwiająca wykrzytanie różnych narzędzi (m.in. mikrprcerów) [3,6], dla uzykania ptymalnych dpwiedzbiektu. W pracy przedtawin badania układu zamknięteg niezależneg energelektrniczneg źródła prądu z mdulacją MSI. Prównanie analgweg regulatra klayczneg (dbraneg według kryterium mdułu) z regulatrem cyfrwym wyknan dla teg ameg układu, tych amych parametrach. Przedtawin wybrane wyniki badań ymulacyjnych dla różnych typów ygnałów zadanych.. STRUKTURA ŹRÓDŁA PRĄDU Schemat blkwy energelektrniczneg źródła prądu pkazan na ryunku 1. W badaniach wtępnych regulacji dykretnej układu, na wyjściu falwnika napięcia pracująceg z mdulacją MSI, zatwan prty filtr dlnprzeputwy (LPF) 1 rzędu w ptaci zeregwej gałęzi R L. Sygnał terujący u jet generwany przez regulatr; ygnał y tanwi wyjście energetyczne falwnika. a) b) u GENERATOR MSI ~ LPF y R L Ry. 1. Struktura blkwa: a) części energetycznej niezależneg źródła prądu raz b) filtr wyjściwy (LPF) 1 rzędu w ptaci gałęzi zeregwej R L Fig. 1. Blck diagram: a) pwer egment f independent current urce, b) utput filter (LPF) f the 1t rder, cntructed a a erie R L branch

3 Sterwanie energelektrnicznym źródłem 45 Badania miały na celu kreślenie kutecznścdwzrwania ygnału zadaneg (prądu gałęzi R L ) dla natępujących parametrów układu: napięcie zailania falwnika 1, częttliwść nśna mdulacji uniplarnej MSI, f MSI = 1,5 khz. Przyjęte parametry gałęzi dbirnikwej (ry. 1b) wynzą: R = 1 [m ], L = 1 [mh]. 3. REGULATOR CYFROWY Regulatr cyfrwy kreśln na pdtawie znajmści mdelu regulatra analgweg, wyznaczneg na pdtawie kryterium ptimum mdułu [1,], dla któreg tranmitancja układu zamknięteg ma ptać: G z ( ) 1 (1) 1 gdzie jet najmniejzą tałą czawą układu. Tranmitancję analgwą regulatra, dla jedntkweg przężenia zwrtneg, wyznaczn na pdtawie wyrażenia: G R G z () (1 G ) G Tranmitancja układu G GM GF kłada ię z tranmitancji falwnika G M () raz tranmitancji G F () filtru wyjściweg 1 rzędu w ptaci zeregwej gałęzi R. Przekztałtnik pian jak człn późniający e. Zatwan aprkymację L człnu późniająceg za pmcą funkcji niewymiernych 1 rzędu [1,] ptaci: G M Ee z E 1 gdzie jet czaem późnienia wnznym przez przekztałtnik. Tranmitancję filtru wyjściweg piuje wyrażenie: przy czym R L. (3) GF 1 (4) P uwzględnieniu wyrażeń (1), (3), (4) raz () tranmitancja regulatra analgweg ma ptać: G ( ) 1 K R K p Ki 1 gdzie wpółczynniki K, K, K ą wyznaczne zależnściami: p i L K p E, R L R R L Ki, K (6) E E W literaturze [1,,3] pdawanych jet wiele algrytmów regulatrów cyfrwych różniących ię ze względu na dużą liczbę mżliwści: np. zatwanie lub nie człnu ZOH (5)

4 46 R. Prada, A. Gulczyńki różneg rzędu, różne aprkymacje funkcji ciągłej, człny różniczkujący i całkujący idealne lub rzeczywite, werja pzycyjna lub przyrtwa i wiele innych. W prezentwanych badaniach dla uzykania ptaci cyfrwej regulatra przyjęt częt twaną aprkymację Tutina [1,3] ptaci: gdzie ptać: T jet kreem próbkwania. 1 z z (7) 1 T Otatecznie regulatr dykretny uzykany na pdtawie regulatra analgweg (5) ma KiT 1 KiT G ( ) 1 R z K p z (8) 1 (1 T ) (1 T ) z z z 4. BADANIA SYMULACYJNE Skutecznść działania regulatrów dykretnych przetetwan na przykładzie 1-fazweg niezależneg źródła prądu w śrdwiku Matlab /Simulink. Wyniki ymulacji dla układu zamknięteg z regulatrem analgwym znaczn jak (C), natmiat z regulatrem dykretnym (D). Na wzytkich ryunkach zatwan jednakwe znaczenia: linia czarna krpkwana ygnał zadany; linia czarna ciągła prąd wyjściwy w układzie z regulatrem analgwym; linia czerwna ciągła prąd wyjściwy w układzie z regulatrem dykretnym. Badania przeprwadzn dla różnych kztałtów i parametrów ygnału zadaneg. Na ryunkach i 3 pkazan wybrane przebiegi prądu wyjściweg układu dla przypadku ygnałów zadanych, dpwiedni: prtkątneg amplitudzie I m = 1 A raz częttliwści 5 Hz i 3 Hz, a także inuidalneg parametrach I m = 1 V, f = 5 Hz raz dkztałcneg ygnału zadaneg (1 i 17 harmniczne). a) b) 15 U 15 U 1 5 (C) 1 5 (C) Ry.. Przebiegi prądu wyjściweg dla prtkątneg ygnału zadaneg: amplituda prądu I m = 1 A; a) częttliwść f = 5 Hz, b) częttliwść f = 3 Hz Fig.. Output current wavefrm fr quare-wave input ignal: current amplitude I m = 1 A; a) frequency f = 5 Hz, b) frequency f = 3 Hz

5 Sterwanie energelektrnicznym źródłem 47 Przebieg prtkątny jak ygnał dużej dynamice jet dbrym narzędziem tetwania dynamiki terwania raz jakścdwzrwania ygnału zadaneg. W analizwanym przypadku ba typy regulatrów umżliwiają uzykanie dbrej dynamikdpwiedzi. Uzykane w prezentwanych badaniach pdtawwe parametry dpwiedzi czawej, tzn. cza naratania, cza regulacji i przeregulwanie, ą w przybliżeniu równe parametrm dpwiadającym dpwiedzi kkwej dla kryterium mdułu: dla regulatra analgweg cza naratania k., cza regulacjk. 4, przeregulwanie k. 3,5%; dla regulatra dykretneg uzykuje ię zbliżne wartścprócz przeregulwania w tym przypadku wynn k. 6%. Takie wartści parametrów dpwiedzi czawej świadczą prawidłwym dbrze parametrów wyznacznych bu ptaci regulatrów. a) b) 15 U 15 U 1 5 (C) 1 5 (C) Ry. 3. Przebiegi prądu wyjściweg dla inuidalneg ygnału zadaneg: a) I m = 1 A, f = 5 Hz, b) ddatkw z 17 harmniczną Fig. 3. Output current wavefrm fr inuidal input ignal: a) I m = 1 A, f = 5 Hz, b) with additinal harmnic f 17th rder Dla przebiegu inuidalneg częttliwści 5 Hz działanie układu z bydwma typami regulatrów (analgweg i dykretneg) jet zbliżne. Również ygnał wielharmniczny jet dwzrwany z dbrą dynamiką raz dkładnścią. Uzykana pdbna jakść terwania w przypadku teg ygnału dla bu typów terwania jet związana z mniejzą dynamiką ygnału zadaneg. 5. PODSUMOWANIE W pracy przedtawin badania niezależneg energelektrniczneg źródła prądu z pradwym przężeniem zwrtnym. Prównanie kutecznści działania regulatrów analgweg i dykretneg (kreślnych według kryterium mdułu) wyknan dla teg ameg układu, tych amych parametrach. Wyniki badań ymulacyjnych ptwierdzają mżliwść kuteczneg wpływu regulatra dykretneg na jakść prceów dynamicznych zachdzących w układzie. Różnrdnść algrytmów regulatrów cyfrwych raz metd ich

6 48 R. Prada, A. Gulczyńki trjenia utrudnia kuteczny wybór ptymalneg algrytmu cyfrweg. Uzykane wyniki wkazują także na ptrzebę dalzych badań zatwaneg regulatra dykretneg, w różnych wariantach dykretyzacji, również dla bardziej złżnych tranmitancjbiektu terwania. BIBLIOGRAFIA 1. Brzózka J.: Regulatry i układy autmatyki. MIKOM, Warzawa 4.. Byrki W.: Oberwacja i terwanie w ytemach dynamicznych. Uczelniane Wydawnictwa Naukw-Dydaktyczne AGH, Kraków Grega W.: Metdy i algrytmy terwania cyfrweg w układach centralizwanych i rzprznych. Uczelniane Wydawnictwa Naukw-Dydaktyczne AGH, Kraków Gwóźdź M., Prada R.: Utilizatin f Wideband Pwer Electrnic Current Surce in Generatr f Spatial Magnetic Field. Prc. f 15 th Internatinal Pwer Electrnic & Mtin Cntrl Cnference and Expitin, EPE-PEMC 1 ECCE Eurpe, Nvi Sad, Serbia, 1-3 September 1, INVITED SPECIAL SESSION: Pwer electrnic in bimedical applicatin, LS5a (ISS-16)-666_EPE_1.pdf, LS5a..1-5, (full paper n Cnference CD-ROM). 5. Kaczrek T.: Teria terwania i ytemów. PWN, Warzawa Mhan N., Undeland T.M., Rbbin W.P.: Pwer Electrnic: Cnverter, Applicatin and Deign. Jhn Wiley&Sn, New Yrk 1. Dr hab. inż. Ryzard Prada, prf. PP, Mgr inż. Adam Gulczyńki Plitechnika Pznańka, Wydział Elektryczny Intytut Elektrtechniki i Elektrniki Przemyłwej ul. Pitrw 3a Pznań Ryzard.Prada@put.pznan.pl Adam.Gulczynki@put.pznan.pl

Podobne dokumenty

STEROWANIE ENERGOELEKTRONICZNYM ŹRÓDŁEM PRĄDU Z ZASTOSOWANIEM DYSKRETNYCH REGULATORÓW UŁAMKOWYCH

POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 76 Electrical Engineering 13 Ryszard PORADA* Adam GULCZYŃSKI* STEROWANIE ENERGOELEKTRONICZNYM ŹRÓDŁEM PRĄDU Z ZASTOSOWANIEM DYSKRETNYCH REGULATORÓW