Synteza obserwatora adaptacyjnego strumienia magnetycznego oraz prędkości kątowej układu napędowego z maszyną asynchroniczną

Podobne dokumenty
SK-7 Wprowadzenie do metody wektorów przestrzennych SK-8 Wektorowy model silnika indukcyjnego, klatkowego

Obserwator prędkości kątowej wirnika maszyny indukcyjnej klatkowej oparty na metodzie backstepping ze ślizgowymi funkcjami przełączającymi

ANALIZA WRAŻLIWOŚCI BEZCZUJNIKOWEGO UKŁADU STEROWANIA WEKTOROWEGO SILNIKIEM INDUKCYJNYM Z WYBRANYMI ESTYMATORAMI STRUMIENIA I PRĘDKOŚCI WIRNIKA

Stabilność adaptacyjnych obserwatorów zmiennych stanu silnika indukcyjnego o wzmocnieniach dobieranych optymalizacyjnie

STEROWANIE AUTONOMICZNYM GENERATOREM INDUKCYJNYM ZE WZBUDZENIEM PRZEKSZTAŁTNIKOWYM

WYKORZYSTANIE MODELI CIEPLNYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH DO ESTYMACJI PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ

Streszczenie rozprawy doktorskiej

Wpływ błędów parametrów modelu maszyny indukcyjnej na działanie rozszerzonego obserwatora prędkości

Ślizgowy adaptacyjny estymator prędkości kątowej silnika indukcyjnego o zmodyfikowanym algorytmie adaptacji

WYKRYWANIE USZKODZEŃ UZWOJENIA WIRNIKA PRZEKSZTAŁTNIKOWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM

Sterowanie prędkością silnika krokowego z zastosowaniem mikrokontrolera ATmega8

5. Regulacja częstotliwościowa prędkości obrotowej silnika indukcyjnego klatkowego

Laboratorium. Sterowanie napędami elektrycznymi zagadnienia wybrane

OPTYMALIZACJA PRZETWARZANIA ENERGII DLA MAŁYCH ELEKTROWNI WODNYCH Z GENERATORAMI PRACUJĄCYMI ZE ZMIENNĄ PRĘDKOŚCIĄ OBROTOWĄ

BADANIE SILNIKA WYKONAWCZEGO PRĄDU STAŁEGO

WPŁYW ASYMETRII SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WARTOŚĆ NAPIĘĆ I PRĄDÓW WAŁOWYCH W SILNIKACH INDUKCYJNYCH DUśEJ MOCY

5. Regulacja częstotliwościowa prędkości obrotowej silnika indukcyjnego klatkowego

MAGISTERSKA PRACA DYPLOMOWA

Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego

WYGŁADZANIE CHARAKTERYSTYKI ZADAWANIA STRUMIENIA W NAPĘDACH ELEKTRYCZNYCH Z OSŁABIANIEM POLA

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI, INFORMATYKI I ELEKTRONIKI KATEDRA MASZYN ELEKTRYCZNYCH

ĆWICZENIE 3 REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

Zastosowanie zmodyfikowanych estymatorów strumienia wirnika do kompensacji skutków zwarć zwojowych stojana silnika indukcyjnego

Dobór parametrów silnika indukcyjnego dużej mocy

WPŁYW CZASU MARTWEGO FALOWNIKÓW NA PRACĘ BEZCZUJNIKOWYCH UKŁADÓW REGULACJI I METODY JEGO KOMPENSACJI

STEROWANIE WG. ZASADY U/f = const

Układ napędowy z silnikiem indukcyjnym i falownikiem napięcia

STRUKTURA STEROWANIA UKŁADEM TRÓJMASOWYM Z REGULATOREM STANU

Układ sterowania oraz model siłowni wiatrowej

DIAGNOSTYKA UKŁADU PRZENIESIENIA MOMENTU TRAKCYJNEGO POCIĄGU SZYBKIEGO Z WYKORZYSTANIEM OBSERWATORÓW STANU

MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH

LABORATORIUM Z AUTOMATYKI NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

Wykład Półprzewodniki

Wykład 15. Reinhard Kulessa 1

IDENTYFIKACJA MODELU MATEMATYCZNEGO ROBOTA INSPEKCYJNEGO

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

Analiza działania rozszerzonego obserwatora prędkości w szerokim zakresie zmian prędkości maszyny indukcyjnej

Układ kaskadowy silnika indukcyjnego pierścieniowego na stałą moc

II.6. Wahadło proste.

ESTYMACJA POŚLIZGU DLA DUśYCH MASZYN INDUKCYJNYCH W OPARCIU O ANALIZĘ PRĄDU STOJANA

SEKCJA AUTOMATYKI, ELEKTROTECHNIKI, BIOCYBERNETYKI I TELEKOMUNIKACJI

SYSTEMY BEZSTYKOWEGO ZASILANIA KOMPUTERÓW PRZENOŚNYCH

( ) ( ) s = 5. s 2s. Krzysztof Oprzędkiewicz Kraków r. Podstawy Automatyki Zadania do części rachunkowej

PRZYCZYNY I SKUTKI ZMIENNOŚCI PARAMETRÓW MASZYN INDUKCYJNYCH

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ SAMOCHODÓW I MASZYN ROBOCZYCH Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

MECHANIKA OGÓLNA (II)

WRAŻLIWOŚĆ MODELU O STRUKTURZE UPROSZCZONEJ SPADKÓW PODCIŚNIENIA W KOLEKTORZE APARATU UDOJOWEGO

ZAGADNIENIE WYZNACZANIA PARAMETRÓW OBIEKTÓW ELEKTROMAGNETYCZNYCH W WARUNKACH ICH PRACY

POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych

BEZCZUJNIKOWA STRUKTURA STEROWANIA SILNIKIEM INDUKCYJNYM Z ADAPTACYJNYM REGULATOREM ROZMYTYM Z DODATKOWĄ WARSTWĄ PETRIEGO

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

WYKŁAD 1. W przypadku zbiornika zawierającego gaz, stan układu jako całości jest opisany przez: temperaturę, ciśnienie i objętość.

Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/ NOWY, NIELINIOWY REGULATOR PRĄDU A DYNAMIKA KSZTAŁTOWANIA MOMENTU SILNIKA INDUKCYJNEGO

Predykcyjny algorytm sterowania przekształtnikiem zasilającym silnik synchroniczny z magnesami trwałymi

Metody optymalizacji. dr inż. Paweł Zalewski Akademia Morska w Szczecinie

STEROWANIE MOMENTEM ELEKTROMAGNETYCZNYM SILNIKA INDUKCYJNEGO Z WYKORZYSTANIEM REGULATORA PREDYKCYJNEGO ZE SKOŃCZONYM ZBIOREM ROZWIĄZAŃ

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA

PRĘDKOŚCI KOSMICZNE OPRACOWANIE

Silniki spalinowe Teoria

DARIUSZ SOBCZYŃSKI 1, JACEK BARTMAN 2

Maszyny Elektryczne i Transformatory st. st. sem. III (zima) 2012/2013

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

OKREŚLANIE WARTOŚCI MOMENTU STATYCZNEGO DLA STANU NIERUCHOMEGO WAŁU SILNIKA INDUKCYJNEGO W PRZEKSZTAŁTNIKOWYM UKŁADZIE NAPĘDOWYM DŹWIGU

Stany nieustalone maszyn elektrycznych Maria Dems MODELOWANIE MASZYN ELEKTRYCZNYCH

TERMODYNAMIKA PROCESOWA. Wykład V

Marcin KAMIŃSKI, Mateusz DYBKOWSKI

Obserwator prędkości obrotowej silnika indukcyjnego oparty na uproszczonych równaniach dynamiki modelu zakłóceń


1. Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem obrotowym jednostajnym.

L(x, 0, y, 0) = x 2 + y 2 (3)

STEROWANIE STRUMIENIEM Z MODULACJĄ WEKTOROWĄ

ANALIZA POLA MAGNETYCZNEGO W PRZEKŁADNI MAGNETYCZNEJ

5. Ogólne zasady projektowania układów regulacji

KO OF Szczecin:

Uwagi: LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Ćwiczenie nr 16 MECHANIKA PĘKANIA. ZNORMALIZOWANY POMIAR ODPORNOŚCI MATERIAŁÓW NA PĘKANIE.

POMIAR PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

Modelowanie przepływu cieczy przez ośrodki porowate Wykład III

Ocena siły oddziaływania procesów objaśniających dla modeli przestrzennych

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA MASZYN ASYNCHRONICZNYCH. l pod wpływem indukcji magnetycznej B) pojawi się napięcie indukowane:

A. POMIARY FOTOMETRYCZNE Z WYKORZYSTANIEM FOTOOGNIWA SELENOWEGO

WYWAŻANIE MASZYN WIRNIKOWYCH W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH

IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW SILNIKA INDUKCYJNEGO ZA POMOCĄ ALGORYTMÓW GENETYCZNYCH

00507 Praca i energia D

Model klasyczny gospodarki otwartej

GRAWITACJA. przyciągają się wzajemnie siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości r.

KOMPENSACJA USZKODZEŃ WYBRANYCH CZUJNIKÓW POMIAROWYCH W UKŁADACH NAPĘDOWYCH Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM POPRZEZ REDUNDANCJĘ SPRZĘTOWĄ

POMIAR PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ

WYDZIAŁ FIZYKI, MATEMATYKI I INFORMATYKI POLITECHNIKI KRAKOWSKIEJ Instytut Fizyki LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI, ELEKTRONIKI I MIERNICTWA

2. Wyznaczyć K(s)=? 3. Parametry układu przedstawionego na rysunku są następujące: Obiekt opisany równaniem: y = x(

ROZWIAZANIA ZAGADNIEŃ PRZEPŁYWU FILTRACYJNEGO METODAMI ANALITYCZNYMI.

ROZRUCH SILNIKA GŁĘBOKOśŁOBKOWEGO W UKŁADZIE ŁAGODNEGO ROZRUCHU ASPEKT ENERGETYCZNY

Filtry aktywne czasu ciągłego i dyskretnego

ĆWICZENIE A2 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr LABORATORIUM TEORII I TEHCNIKI STEROWANIA INSTRUKCJA LABORATORYJNA

Zadanie 1. Podaj model matematyczny układu jak na rysunku: a) w postaci transmitancji, b) w postaci równań stanu (równań różniczkowych).

Porównanie struktur regulacyjnych dla napędu bezpośredniego z silnikiem PMSM ze zmiennym momentem bezwładności i obciążenia

Transkrypt:

Łukaz WALUŚ, Maian Roch DUBOWSKI Politechnika Białotocka, Kateda Enegoelektoniki i Napędów Elektycznych doi:0.599/48.207..3 Synteza obewatoa adaptacyjnego tumienia magnetycznego oaz pędkości kątowej układu napędowego z mazyną aynchoniczną Stezczenie. Niniejzy atykuł pezentuje ideę obewatoa adaptacyjnego tumienia magnetycznego oaz pędkości kątowej. Poawą do fomułowania paw adaptacyjnego teowania jet model matematyczny mazyny aynchonicznej w tacjonanym układzie odnieienia αβ. Poponowane ozwiązanie, w któym wpowadzono dodatkowe zmienne tanu, opate jet na wykozytaniu tylko miezalnych wielkości fizycznych takich jak napięcia tojana oaz pądy fazowe mazyny. Pzeawione wyniki badań ymulacyjnych potwiedzają ezultaty ozważań teoetycznych. Abtact. In thi aticle an idea of peed enolee adaptive flux obeve wa peented. The bai fo detemining adaptive law wa mathematical model of induction machine in tationay efeence fame αβ. Popoed olution, with additional tate vaiable, ue only meauable ignal uch a tato voltage and phae cuent of induction moto. Peented imulation eult confim theoetical conideation. (Speed Senole Adaptive Flux Obeve Synthei fo the Induction Moto Dive). Słowa kluczowe: teowanie bezczujnikowe, obewato adaptacyjny, bezpośednia metoda Lapunowa. Keywod: peed enole, adaptive flux obeve, Lyapunov diect method. Wtęp Mazyny aynchoniczne ą zeoko toowane w aplikacjach pzemyłowych takich jak wentylatoy, pompy, napędy taśmociągów itp. Z powodzeniem zotały one ównież wykozytane w takcyjnych układach, a dzięki ozwojowi magazynów enegii (akumulatoów) ą coaz częściej toowane w amochodach elektycznych oaz hybydowych. W wyokiej jakości układach napędowych, wykozytujących pzemienniki czętotliwości, toowane ą wektoowe metody teowania. Najczęściej touje ię metody: FOC (ang. Field Oiented Contol), DTC (ang. Diect Toque Contol) oaz ich odmiany [], [2]. Metody te dają możliwość kontoli watości chwilowych pądów oaz tumienia magnetycznego z jednoczeną możliwością kztałtowania dynamiki poceów pzejściowych. Wyżej wymienione pooby teowania mazyną indukcyjną wymagają znajomości watości tudno miezalnych wielkości takich jak tumień magnetyczny, moment elektomagnetyczny oaz pędkość kątowa. Pomia watości tumienia magnetycznego można zealizować popzez umiezczenie w kontukcji napędu dodatkowego uzwojenia pomiaowego bądź czujników Halla, jednakże wiąże ię to z ingeencją w kontukcję mechaniczną, dlatego też nie jet to wykozytywane w paktyce. Pomia pędkości kątowej można zealizować m.in. za pomocą enkodea inkementalnego bądź abolutnego, eolvea, pądnicy tachometycznej etc. Wiąże ię to jednak z zatoowaniem dodatkowych elementów mechanicznych mocowanych do wału napędowego mazyny, co dodatkowo powoduje wzot koztów oaz awayjności. Potzebny do celów teowania moduł oaz kąt położenia wektoa tumienia magnetycznego można uzykać na poawie znajomości modelu matematycznego mazyny oaz pomiau wielkości elektycznych takich jak pądy fazowe oaz napięcie w obwodzie pośedniczącym falownika napięcia. Otatnia z wymienionych wielkości łuży do owozenia napięcia zailającego mazynę na poawie znajomości tanu zawoów pzekztałtnika DC/AC zailającego mazynę indukcyjną [2]. Metody ównoczenego owazania wektoa tumienia magnetycznego oaz pędkości kątowej można podzielić na: etymatoy pacujące w pętli otwatej [3], [4], etymatoy pacujące w pętli zamkniętej [5], [6], układy typu MRAS (ang. Model Refeence Adaptive Sytem) [7] [], obewatoy opate o ozzezony filt Kalmana (EKF, ang. Extended Kalman Filte) [2], [3], obewatoy wykozytujące teoię uchu ślizgowego (ang. Sliding Mode) [4], [5], metody wykozytujące ieci neuonowe [6], [7], obewatoy adaptacyjne [6] [25]. Najintenywniej ozwijane w otatnich latach (w aplikacjach pzemyłowych) ą układy typu MRAS oaz obewatoy adaptacyjne. Wpływ na to ma tounkowo niewielka złożoność obliczeniowa oaz łatwość dotoowania do óżnych metod teowania. W tounku do układów pacujących w otwatej pętli zmniejzona zotała ważliwości na niedopaowanie paametów chematu zatępczego mazyny względem watości zeczywitych. W pzypadku obewatoów adaptacyjnych pędkość kątowa wytępuje zazwyczaj jako element maciezy ównań tanu. Wyznaczanie jej watości natępuje popzez okeślenie paw adaptacji. Jednym z piewzych tego typu ozwiązań, badzo częto cytowanym i modyfikowanym, był układ obewatoa zapezentowany w [8]. Mankamentem tego ozwiązania było abitalne pominięcie kładników pawa adaptacji zawieających niemiezalne ygnały tumienia magnetycznego winika [5], co powoduje ilną zależność właściwości obewatoa od punktu pacy mazyny. Niniejzy atykuł pezentuje obewato adaptacyjny tumienia magnetycznego oaz pędkości kątowej opacowany na poawie [26]. Metoda ta polega na zatąpieniu, w modelu matematycznym mazyny aynchonicznej, wektoa tumienia magnetycznego winika nowymi zmiennymi tanu z αβ oaz η αβ. Zaletą takiego podejścia jet uzykanie paw adaptacji zapewniających globalną tabilność pzy wykozytaniu jedynie dotępnych pomiaowo wielkości (napięcia tojana oaz pądy fazowe). Synteza układu zotała pzepowadzona w opaciu o bezpośednią metodę Lapunowa [27]. Model matematyczny mazyny aynchonicznej w tacjonanym układzie odnieienia W tacjonanym układzie odnieienia, oznaczonym jako αβ, model matematyczny mazyny aynchonicznej pzyjmuje potać: 46 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 93 NR /207

() d u Ri Ψ (2) dψ u Ri jpbmψ (3) Ψ Li L mi (4) Ψ Li L mi (5) dm J Me Mo 3 Lm pb i i M 2L gdzie: u wekto napięcia tojana, u wekto napięcia winika, Ψ wekto tumienia tojana, Ψ wekto tumienia winika, i wekto pądu tojana, i wekto pądu winika, M e moment elektomagnetyczny, M o moment obciążenia, L m indukcyjność magneująca, L indukcyjność całkowita obwodu winika, L indukcyjność całkowita obwodu tojana, o p b liczba pa biegunów, R ezytancja tojana, R ezytancja winika, m pędkość kątowa mechaniczna wału mazyny. Pzyjmując za zmienne tanu wektoy pądu tojana oaz tumienia magnetycznego winika model matematyczny może zotać zapiany w potaci: (6) d R L i i Ψ L L L L j LL m m Ψ u L d (7) Ψ Lm j i Ψ Ψ gdzie: p b m pędkość kątowa elektyczna winika. W powyżzych zależnościach wpółczynnik całkowitego ozpozenia zdefiniowany jet natępująco: (8) 2 m L LL Wykozytano ównież pojęcie odwotności tałej czaowej winika: R (9) L Obewato adaptacyjny tumienia magnetycznego oaz pędkości obotowej W [26] zapezentowany zotał obewato adaptacyjny tumienia magnetycznego z jednoczenym owazaniem odwotności tałej czaowej winika (9). W niniejzej pacy układ ten zotał zmodyfikowany celem etymacji pędkości kątowej mazyny aynchonicznej. Dla zdefiniowanego modelu w potaci ównań (6) oaz (7) wpowadzony zotaje nowy wekto z αβ : (0) L z i Ψ m LL Z powyżzej zależności można wyznaczyć wekto tumienia winika: () LL Ψ z i Lm Uwzględniając () w ównaniu dynamiki wektoa pądu tojana (6) zotaje ono pzekztałcone do potaci: (2) d R i i z z ji u L j L W celu otzymania nowego modelu matematycznego w potaci ównania tanu należy wyznaczyć pochodną względem czau wektoa z αβ bioąc pod uwagę zależności (6) oaz (7): d R (3) z i u L L Pzeawione pzekztałcenie umożliwiło uzykanie ównań mazyny nie zawieających niedotępnych pomiaowo ygnałów takich jak tumień magnetyczny. Dla tak zdefiniowanego modelu matematycznego utwozony zotał model pzetajalny, w któym wzytkie paamety, za wyjątkiem pędkości kątowej, ą znane oaz mają tałe watości: (4) d ˆ R ˆ i i ηˆ ˆ z j ˆ ˆ jˆ L i u k i i L gdzie: ˆx etymata ygnału lub paametu x W powyżzej zależności dodano kładnik uchybu pomiędzy zeczywitymi i etymowanymi watościami pądu tojana. Wpółczynnik wagowy k twaza możliwość kztałtowania dynamiki obewatoa. W ównaniu (4) zotała ponao dodana nowa etymata ygnału η ˆ, dla któej wzocem (odnieieniem) jet ygnał: d R (5) η i u L L opiany analogiczną zależnością co z αβ. Poblem wyznaczenia pawa adaptacji może być fomułowany jako poblem zapewnienia tabilności obewatoa adaptacyjnego. Do tego celu zotała wykozytana bezpośednia metoda Lapunowa [26] [28]. Bezpośednia metoda Lapunowa, zwana także dugą metodą Lapunowa, umożliwia badanie tabilności układów nieliniowych w ujęciu globalnym. Idea metody opata jet na założeniu, że układ, w któym enegia jet nieutannie ozpazana, dąży do punktu ównowagi niezależnie czy jet liniowy lub nieliniowy. Stabilność jet okeślana na poawie analizy dobanej funkcji kalanej wektoa tanu oaz czau V(x,t). Znajomość ozwiązania układu nie jet wymagana. Stabilność obewatoa adaptacyjnego okeślana jet na poawie analizy dynamiki uchybów zmiennych tanu (i αβ, z αβ, η αβ ) oaz owazanego paametu (ω ). Zgodnie z powyżzym twiedzeniem pełnienie waunku tabilności gwaantuje zeowanie agumentów funkcji V(x,t). PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 93 NR /207 47

Uchyby zmiennych tanu oaz pędkości kątowej modelu matematycznego mazyny pzyjmują potać: (6) ˆ i i i (7) z z ˆz (8) η η ηˆ (9) ˆ Dynamikę powyżzych uchybów zdefiniować można popzez zóżniczkowanie ich względem czau pzy uwzględnieniu zależności (3) (5): d R i ki η (20) L jz j ˆz i (2) d R d z i u L L ˆ z (22) d R d η i u η L L ˆ d d d (23) ˆ Dla tak zdefiniowanego modelu uchybu dobana zotała kandydująca funkcja Lapunowa w potaci: 2 2 2 2 Vx,t i i z z 2 2k 2 (24) a 2 2 2 2k 2k 3 4 Wpółczynniki k 2, k 3, k 4 mogą zotać wykozytane do kztałtowania dynamiki owazania wybanych wielkości. Pozczególne kładniki powyżzej zależności ą funkcjami kwadatowymi, co implikuje jednoznacznie pełnienie waunku dodatniej okeśloności [26] [28]. Stwiedzenie to jet pawdziwe pod waunkiem zmiany znaku wpółczynnika k 2 waz ze zmianą znaku pędkości kątowej ω (kładnik a w zależności(24)). Pozotałe wpółczynniki ą zeczywite, dodatnie. Różniczkując zależność (24) wzdłuż tajektoii układu można zbadać jego tabilność. Waunkiem jet ujemna półokeśloność otzymanej pochodnej. V x,ti i i i z z z z k2 k2 (25) k k k 3 3 4 Wtawiając do powyżzego wyażenia pochodną uchybu etymowanego wektoa pądu (20) otzymujemy: R 2 2 V x,t ki i L (26) z z i z z i k2 k2 i i k3 k3 ˆz i i i ˆz i i i k4 b Składnik b zależności (26) jet ujemnie okeślony, dlatego pełnienie waunku ujemnej półokeśloności [26] [28] wymaga wyzeowania pozotałych kładników: (27) z i 0 z k2 i k2 (28) z i 0 z k2 k i (29) i k3 0 k 3 i (30) i k 0 k 3 i (3) 2 3 ˆz i i i ˆz i i i 0 k4 ˆ ˆ k 4 i z i i z i Wyznaczone w ten poób ównania dynamiki uchybu owazanych ygnałów (27) (3) należy uwzględnić w ównaniach (2) (23). Wyznaczając pawo adaptacji dla pędkości kątowej pzyjęto, że zmiana jej watości w czaie jet znacząco wolniejza od zmian poceów elektomagnetycznych zachodzących w mazynie ( 0 ). Komplet ównań obewatoa adaptacyjnego pzyjmuje w tych waunkach potać: (32) (33) (34) d ˆ R i ˆi ηˆ ˆ ˆz jˆ i u i j L k L d R ˆz i u i d R ηˆ i u k3i L L ˆ k i ˆz i i ˆz i jk 2 L L (35) 4 Badania ymulacyjne Badania ymulacyjne zotały pzepowadzone w śodowiku Matlab/Simulink. Schemat blokowy układu teowania zotał pzeawiony na yunku. Zatoowana zotała metoda teowania z bezpośednią oientacją wektoa pola magnetycznego (DFOC). Tyb teowania pądowego uzykano wykozytując egulatoy pądu typu PI obabiające ygnały w wiującym z pędkością ynchoniczną układzie odnieienia dq. Napięcie wyjściowe pzekztałtnika DC/AC kztałtowane jet według metody PWM. Niezbędne w poceie teowania kąt obotu wektoa tumienia winika, moduł wektoa tumienia winika oaz pędkość kątowa były owazane za pomocą opacowanego obewatoa adaptacyjnego (32) (35). Ze względu na ymulowany tyb pacy bez pomiau zeczywitej pędkości kątowej, zmiana znaku wpółczynnika k 2 natępowała waz ze zmianą znaku etymowanej pędkości kątowej ˆ. Symulacje zotały pzepowadzone podcza tanów dynamicznych i tatycznych, dla óżnych pzypadków watości momentu obciążenia oaz óżnej watości zadanej pędkości kątowej. 48 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 93 NR /207

Ry.. Schemat blokowy bezczujnikowego układu napędowego z mazyną aynchoniczną teowaną według zaady DFOC Ry.2. Pzebiegi a) pędkości: zeczywitej ( m ), etymowanej ( ˆ m ) oaz zadanej ( * m ), b) momentu: elektomagnetycznego ( M e ), momentu obciążenia ( M o ) oaz momentu zadanego ( M * e ), c) uchybu owazanej pędkości ( m m ˆ m) podcza zmian zadanej pędkości kątowej pzy momencie obciążenia M o 80%Mn, d) oaz e) powiękzenie zaznaczonych fagmentów pzebiegów pędkości kątowej Ry.3. Pzebiegi a) pędkości: zeczywitej ( m ), etymowanej ( ˆ m ) oaz zadanej ( * m ), b) momentu: elektomagnetycznego (M e ), momentu obciążenia (M o ) oaz momentu zadanego ( M * e ), ˆ ) podcza c) uchybu owazanej pędkości ( m m m zmian zadanej pędkości kątowej pzy momencie obciążenia M o =0 Działanie układu teowania pzy dużej pędkości kątowej (powyżej 50% pędkości znamionowej), nikiej pędkości kątowej (poniżej 0% pędkości znamionowej) oaz zmianie kieunku wiowania wału pzeawiono na yunku 2. Moment obciążenia w tacie tego tetu układu napędowego był tały i wynoił 80% watości znamionowej momentu mazyny aynchonicznej. O dużej dokładności owazania pędkości kątowej świadczy to, że pzebiegi pędkości zeczywitej i etymowanej pzy zatoowanej ozdzielczości ą nie do ozóżnienia. W związku z tym na yunku 2c pzeawiono pzebieg uchybu pomiędzy tymi wielkościami, zaś na yunku 2d i 2e powiękzenia wkazanych fagmentów pzebiegów pędkości kątowej. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 93 NR /207 49

Ry.4. Pzebiegi a) pędkości: zeczywitej ( m ), etymowanej ( ˆ m ) oaz zadanej ( * m ), b) momentu: elektomagnetycznego (M e ), momentu obciążenia(m o ) oaz momentu zadanego ( M * e ), c) uchybu owazanej pędkości ( m m ˆ m) podcza zmian momentu obciążenia pzy tałej watości pędkości zadanej * m 00ad / Ry.5. Pzebiegi: a) zeczywitej ( ) oaz etymowanej ( ) kładowej α tumienia winika, b) uchybu kładowej α owazanego tumienia winika ( ˆ ), c) powiękzenie zaznaczonego fagmentu pzebiegów tumieni winika ˆ Ry.6. Pzebiegi: a) owazanego ygnału ẑ, b) owazanego ygnału ˆ, c) oaz d) powiękzenie zaznaczonych fagmentów ygnałów ẑ oaz ˆ Z pzebiegu uchybu owazanej pędkości kątowej wynika, że w tanie utalonym dąży on aymptotycznie do zea. Ponao, pomimo wytępującej podcza nawotu pzy tałym momencie opoowym zmianie chaakteu pacy mazyny z ilnikowej na geneatoową, układ obewatoa adaptacyjnego zachowuje tabilność, a uchyb owazanej pędkości kątowej dąży do zea. Działanie układu w tanie jałowym pzy zmianie zadanej pędkości kątowej zotało pzeawione na yunku 3. Podobnie, jak w popzednim pzypadku pzebiegi pędkości zeczywitej i etymowanej (y. 3a) paktycznie pokywają ię, a pzeawiony w powiękzeniu uchyb pędkości (y. 3c) w tanie utalonym dąży do zea. Kolejna ymulacja zotała pzepowadzona pzy tałej pędkości kątowej i kokowych zmianach momentu obciążenia (yunek 4). Rozuch natąpił pzy momencie obciążenia ównym 0% watości znamionowej. Po utaleniu ię pędkości kątowej (dla t=0.5) natąpiła kokowa zmiana momentu obciążenia z 0% na 80% watości znamionowej. Dla czau t=0.75 układ poddany zotał kokowej zmianie znaku momentu opoowego i wpowadzony w tan pacy geneatoowej. Opiane zmiany watości momentu opoowego widoczne ą na y. 4b. Rezultaty ymulacji potwiedzają, że kokowe zmiany obciążenia mają pomijalny wpływ na uchyb owazanej pędkości (yunek 4c). Tak, jak w popzednich pzypadkach, watość uchybu dąży do zea. Stumień magnetyczny winika, niezbędny w poceie teowania wektoowego, wyliczany był według zależności (), pzy czym zamiat ygnału z αβ wykozytano jego etymatę. Pzykładowy pzebieg kładowej α tumienia magnetycznego pzeawiono na yunku 5. Waunki ymulacji i ekwencja zmian ygnału pędkości zadanej były takie ame jak dla ymulacji pzeawionych na yunku 2. Dla pzeawienia dokładności owazania tumienia magnetycznego winika, na yunku 5b, pokazano óżnicę pomiędzy ygnałem zeczywitym, a 50 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 93 NR /207

etymowanym. Analogicznie, jak w pzypadku pędkości kątowej, uchyb ten dąży do zea w tanie utalonym. Pzeawione ozwiązanie obewatoa adaptacyjnego chaakteyzuje ię wpowadzeniem dwóch nowych zmiennych: z αβ oaz η αβ. Pzykładowe pzebiegi etymat tych ygnałów, dla ymulacji z yunku 2, pzeawiono na y. 6. Podumowanie i wnioki końcowe W niniejzym atykule zotał zapezentowany obewato adaptacyjny, w któym wpowadzono nowe zmienne oznaczone jako z αβ oaz η αβ. Dla tak zdefiniowanego modelu pawa adaptacji nie zawieają niemiezalnych, bądź tudno miezalnych wielkości fizycznych. Pzepowadzone ymulacje komputeowe w śodowiku MatLab/Simulink potwiedzają popawność pzepowadzonej analizy. Układ działa popawnie zaówno dla pacy ilnikowej oaz geneatoowej, jak i dla dużych i małych watości pędkości kątowych napędu. Stabilność i ważliwość obewatoa adaptacyjnego na zmiany watości pozczególnych paametów modelu matematycznego mazyny, któe na etapie fomułowania paw adaptacji zotały pzyjęte jako tałe i znane (głównie ezytancji tojana i winika) będzie pzedmiotem dalzych badań powadzonych pzez autoów. Popawność działania obewatoa adaptacyjnego wymaga ównież pawdzenia w waunkach, gdy napięcie tojana będzie owazane na poawie znajomości tanu zawoów pzekztałtnika oaz pomiau watości napięcia w obwodzie pośedniczącym falownika. Tabela Paamety mazyny aynchonicznej Mazyna aynchoniczna Siemen 60M Paamet Watość Moc znamionowa P N kw Pędkość obotowa znamionowa n N 475 ob/min Znamionowe napięcie zailające U L-L 230/400 V /Y Liczba pa biegunów p b 2 Moment znamionowy M N 75 Nm Pąd znamionowy I N 36/20,5 A /Y Rezytancja uzwojeń tojana R 0,29 Ω Rezytancja winika R 0,29 Ω Indukcyjność ozpozenia tojana L 3,2 mh Indukcyjność ozpozenia winika L 3,2 mh Indukcyjność magneowanie L m 85,55 mh Stumień znamionowy N,035 Wb Badania zotały zealizowane w amach pac S/WE/3/203 oaz MB/WE/8/207 i finanowane ze śodków na naukę MNiSW. Autozy: mg inż. Łukaz Waluś, Politechnika Białotocka, Kateda Enegoelektoniki i Napędów Elektycznych, ul. Wiejka 45D, 5-352 Białytok, E-mail: lukaz.walu30gmail.com; d hab. inż. Maian Roch Dubowki, pof. nzw. PB, Kateda Enegoelektoniki i Napędów Elektycznych, ul. Wiejka 45D, 5-352 Białytok, E-mail: m.dubowki@pb.edu.pl. LITERATURA [] Sikoki A.: Poównanie właściwości wektoowych metod egulacji momentu i tumienia mazyny indukcyjnej (DTC i FOC), Zezyty Poblemowe Mazyny Elektyczne, Intytut Napędów i Mazyn Elektycznych KOMEL, Katowice (2005), n 72/2005, 29 224 [2] Sikoki A.: Bezpośednia egulacja momentu i tumienia mazyny indukcyjnej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białotockiej, Białytok, (2009) [3] Holtz J.: Senole Contol of Induction Machine With o Without Signal Injection?, IEEE Tanaction on Indutial Electonic, 53 (2006), n., 7 30 [4] Va P.: Senole Vecto and Diect Toque Contol, Oxfod Univeity Pe, Oxfod, (998) [5] Caadei D., Sea G., Tani A., et al.: Pefomance Analyi of a Speed Senole Induction Moto Dive Baed on a Contant Switching Fequency DTC Scheme, IEEE Tanaction On Induty Application, 39 (2003), n. 2, 476 484 [6] Janen P. L., Loenz D., Novotny D. W.: Obeve Baed Diect Field Oientation: Analyi and Compaion of Altenative Method, IEEE Tanaction on Induty Application, 30 (994), n. 4, 0 0 [7] Vaić V., Vukoavic S. N., Levi E.: A Stato Reitance Etimation Scheme fo Speed Senole Roto Flux Oiented Induction Moto Dive, IEEE Tanaction on Enegy Conveion, 8 (2003), n. 4, 476 483 [8] Schaude C.: Adaptive Speed Identification fo Vecto Contol of Induction Moto without Rotational Tanduce, IEEE Tanaction on Induty Appl.n, 28 (992), n. 5, 054 06 [9] Zogani Y. A., Koubaa Y., Bouak M.: Senole Speed Contol With MRAS fo Induction Moto Dive, XXth Intenational Confeence on Electical Machine, (202), 2259 2265 [0] Benlaloui I., Did S., Chifi-Alaoui L., Ouiagli M.: Implementation of a New MRAS Speed Senole Vecto Contol of Induction Machine, IEEE Tanaction on Enegy Conveion, 30 (205), n. 2, 588-595 [] Kuma R., Da S., Syam P., Chattopadhyay A. K.: Review on model efeence adaptive ytem fo enole vecto contol of induction moto dive, IET Electic Powe Application, 9 (205), n. 7, 496 5 [2] Auge F., Hilaiet M., Gueeo J. M, et al.: Indutial Application of the Kalman Filte: A Review, IEEE Tanaction on Indutial Electonic, 60 (203), n. 2. 5458 547 [3] Zdali E., Baut M.: The Compaion of Optimized Extended Kalman Filte fo Speed Senole Contol of Inducton Moto, IEEE Tanaction on Indutial Electonic, 64 (207), n. 6, 4340 435 [4] Hocine A., Benalia A.: Senole Fault Toleant Contol fo Induction Moto Uing: backtepping tategy and Sliding Mode Obeve, 8 th Intenational Confeence on Modeling, Identification and Contol (ICMIC), (206), 020 028 [5] Comanecu M.: Deign and Implementation of a Highly Robut Senole Sliding Mode Obeve fo the Flux Magnitude of the Induction Moto, IEEE Tanaction on Enegy Conveion, 3 (206), n. 2, 649 657 [6] Wla M., Kzemińki Z., Guzińki J., Abu Rub H., Toliyat H. A.: Atificial Neual Netwok Baed Senole Nonlinea Contol of Induction Moto, IEEE Tanaction on Enegy Conveion, 20 (2005), n. 3, 520 528 [7] Vema R., Vema V., Chakaboty C.: ANN Baed Senole vecto Contolled Induction Moto Dive Suitable fo Fou Quadant Opeation, IEEE Student Technology Sympoium, (204), 82 87 [8] Kubota H., Matue K.: Speed enole field-oiented contol of induction moto with oto eitance adaptation, IEEE Tanaction on Induty Appl., 30 (994), n. 5, 29 224 [20] Ołowka Kowalka T., Dybkowki M.: Stato Cuent Baed MRAS Etimato fo a Wide Range Speed Senole Induction Moto Dive, IEEE Tanaction on Indutial Electonic, 57 (200), n. 4, 296 308 [2] Stando D., Kaźmiekowki M. P.: Novel Speed Senole DTC-SVM Scheme fo Induction Moto Dive, 8th Intenational Confeence Compatibility and Powe Electonic (CPE), (203), 225 230 [23] Makadech G. R. A., Soltani J.: Robut diect toque and flux contol of adjutable peed enole induction machine dive baed on pace vecto modulation uing a PI pedictive contolle, Electical Engineeing, 88 (2006), n. 6, 485 496 [24] Comanecu M.: A Speed Adaptive Senole Flux Obeve fo the Induction Moto Dive uing Sylvete Citeion Deign, Applied Powe Electonic Confeence and Expoition (APEC), (206), 2759 2763 [25] Moawiec M.: Z Type Obeve Backtepping fo Induction Machine, IEEE Tanaction on Indutial Electonic, 62 (205), n. 4, 2090 202 [26] Maino R., Tomei P., Veelli C. M.: Induction Moto Contol Deign, Spinge, London, (200) [27] Slotine J. J., Weiping L.: Applied Nonlinea Contol, Pentice Hall, Englewood Cliff, (99) [28] Ioannou P., A., Sun J.: Robut Adaptive Contol, Dove Publication, Mineola, New Yok, (202) PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 93 NR /207 5