Synteza bezczujnikowego sterowania maszyną indukcyjną klatkową zasilaną z falownika prądu. Seria Monografie nr 154

  • Dodaj recenzję:
  • 3266
  • Producent: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
  • Autor: Marcin Morawiec
  • szt.
  • Cena netto: 40,95 zł 43,00 zł
Synteza bezczujnikowego sterowania maszyną indukcyjną klatkową zasilaną z falownika prądu. Seria Monografie nr 154

rok wydania: 2016, wydanie pierwsze
ilość stron: 176
ISBN: 978-83-7348-662-1
oprawa: miękka

Opis
Celem monografii jest dokonanie syntezy bezczujnikowego sterowania napięciowego maszyną indukcyjną klatkową, zwłaszcza zasilaną z falownika prądu. Wnikliwy opis popularnych metod linearyzacji obiektu jest konieczny, gdyż autor proponuje nową transformację zmiennych stanu modelu maszyny zasilanej z falownika prądu do postaci zmiennych multiskalarnych oraz uzyskanie prawa regulacji na dwa sposoby: poprzez podejście klasyczne oraz adaptacyjne (backstepping). Podstawowe sposoby linearyzacji opisano szczegółowo w rozdziale 3.

Sterowanie polowo zorientowane (sterowanie prądowe) maszyną jest prostsze w implementacji niż napięciowe, nie pozwala jednak na pełną linearyzację tak złożonego modelu obiektu, jakim jest maszyna zasilana z falownika prądu. Dopiero wprowadzenie odpowiedniej transformacji (zmiennych multiskalarnych) ze statycznym sprzężeniem zwrotnym umożliwia uzyskanie pożądanych rezultatów linearyzacji i poprawy właściwości układu regulacji, co przedstawiono m.in. w rozdziale 4. Zaproponowano układ regulacji z regulatorami proporcjonalno-całkującymi. Ze względu na bardzo dobre właściwości układów regulacji, w których wykorzystywany jest mechanizm adaptacyjny, zaproponowano wyznaczenie linearyzującego sprzężenia zwrotnego za pomocą metody backstepping.

W rozdziale 6 pokazano zastosowanie metody backstepping z adaptacyjnym prawem sterowania do syntezy sterowania maszyną indukcyjną klatkową zasilaną z falownika prądu. Wykorzystano transformacje zmiennych stanu obiektu do postaci multiskalarnej „ς”, „r” i „s”. Struktury regulacji z rozdziałów 4 i 6 wymagają estymacji składowych wektora strumienia wirnika. W rozdziale 7 przedstawiono syntezę obserwatora prędkości kątowej wirnika, w której wykorzystano metodę backstepping. Zaproponowano trzy nowe struktury, które nazwano Z, M i F.

Sterowanie, w którym estymowano prędkość kątową wirnika, jest nazywane bezczujnikowym, z ang. sensorless control. Struktury obserwatorów prędkości kątowej wirnika z rozdziału 7 zawierają funkcje stabilizujące, które otrzymano po zastosowaniu twierdzenia Lapunowa. W rozdziale 8 omówiono analizę stabilności struktur Z, M i F poprzez linearyzację wokół punktu równowagi. Na podstawie zlinearyzowanego modelu błędów obserwatora można uzyskać informację na temat dynamiki obserwatora w otoczeniu zadanego punktu równowagi. Rozkład wartości własnych na płaszczyźnie zmiennych zespolonych pozwala na dobór takich wzmocnień obserwatora, aby zapewnić kompromis pomiędzy dostatecznym tłumieniem a dynamiką. W rozdziale 8 zaprezentowano analizę zbieżności struktur Z, M, i F oraz – na podstawie twierdzenia o trwałym pobudzaniu – wyznaczono warunki, jakie musi spełniać dowolna z tych struktur, aby błędy estymat dążyły wykładniczo do zera.

Od ponad 20 lat na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej prowadzone są badania nad strukturami układów sterowania maszynami indukcyjnymi klatkowymi zasilanymi z falowników napięcia. Autor monografii od 2003 roku prowadzi badania nad nieliniowymi i bezczujnikowymi strukturami regulacji maszyn zasilanych przekształtnikowo, przede wszystkim za pomocą falowników prądu. Rezultaty tych badań opisano w omówionej rozprawie.

Spis treści
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ I SKRÓTÓW / 5

1. WPROWADZENIE / 7

2. MODEL MATEMATYCZNY MASZYNY INDUKCYJNEJ KLATKOWEJ ZASILANEJ Z FALOWNIKA PRĄDU / 14
2.1.  Wprowadzenie / 14
2.2.Model matematyczny maszyny asynchronicznej / 14
2.3.Przekształcenia układów współrzędnych / 16
2.4.Model matematyczny falownika prądu / 17
2.5.Podsumowanie / 20

3. WYBRANE ZAGADNIENIA LINEARYZACJI UKŁADÓW NIELINIOWYCH / 21
3.1.  Wprowadzenie / 21
3.2. Linearyzacja przez przybliżenie liniowe / 21
3.3. Linearyzacja przez transformację zmiennych stanu / 22
3.4. Linearyzacja przez sprzężenie zwrotne i transformację zmiennych stanu / 23
3.5. Metoda syntezy strukturalnej / 25
3.6.Podsumowanie / 28

4. STEROWANIE MASZYNĄ INDUKCYJNĄ ZASILANĄ Z FALOWNIKA PRĄDU / 29
4.1.Wprowadzenie / 29
4.2. Bezpośrednie sterowanie polowo zorientowane z wymuszeniem składowych wektora prądu stojana / 31
4.3. Sterowanie maszyną zasilaną z falownika prądu – transformacja „ς” / 37
4.4. Sterowanie maszyną zasilaną z falownika prądu – transformacja „r” / 41
4.5. Sterowanie maszyną zasilaną z falownika prądu – transformacja „s” / 51
4.6. Podsumowanie / 56

5. METODA BACKSTEPPING W SYNTEZIE STEROWANIA ADAPTACYJNEGO / 60
5.1.  Wprowadzenie / 60
5.2. Synteza sterowania bez prawa adaptacji / 61
5.3. Synteza sterowania z prawem adaptacji / 64
5.4. Podsumowanie / 68

6.  SYNTEZA STEROWANIA ADAPTACYJNEGO MASZYNĄ INDUKCYJNĄ KLA TKOWĄ ZASILANĄ Z FALOWNIKA PRĄDU / 69
6.1. Wprowadzenie / 69
6.2.Sterowanie adaptacyjne backstepping – transformacja „ς” / 69
6.3.Sterowanie adaptacyjne backstepping – transformacja „r” / 79
6.4.Sterowanie adaptacyjne backstepping – transformacja „s” / 84
6.5.Podsumowanie / 88

7. METODA BACKSTEPPING W SYNTEZIE OBSERWATORA PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ WIRNIKA I MOMENTU OBCIĄŻENIA / 90
7.1.  Wprowadzenie / 90
7.2. Struktura estymatora rozszerzonego o integrator / 90
7.3.Adaptacyjny obserwator prędkości maszyny indukcyjnej klatkowej – struktura Z / 91
7.4.Adaptacyjny obserwator prędkości maszyny indukcyjnej klatkowej – struktura M / 99
7.5.Adaptacyjny obserwator prędkości maszyny indukcyjnej klatkowej z filtrem wyjściowym falownika – struktura F / 104
7.6.Obserwator momentu obciążenia / 110
7.7.Podsumowanie / 112

8. ANALIZA STABILNOŚCI I ZBIEŻNOŚCI OBSERWATORA PRĘDKOŚCI / 113
8.1.  Wprowadzenie / 113
8.2. Analiza stabilności obserwatora prędkości Z maszyny indukcyjnej klatkowej / 113
8.3. Analiza stabilności obserwatora prędkości M maszyny indukcyjnej klatkowej / 118
8.4. Analiza stabilności obserwatora prędkości F maszyny indukcyjnej klatkowej z filtrem wyjściowym falownika / 123
8.5. Analiza zbieżności obserwatora prędkości Z / 128
8.6 Analiza zbieżności obserwatora prędkości F / 134
8.7.Podsumowanie / 136

9. WYNIKI BADAŃ SYMULACYJNYCH I EKSPERYMENTALNYCH OBSERWATORÓW PRĘDKOŚCI Z, M I F ORAZ MOMENTU OBCIĄŻENIA / 138
9.1.  Wprowadzenie / 138
9.2. Wyniki badań obserwatora prędkości Z / 138
9.3. Wyniki badań obserwatora prędkości M / 144
9.4.Wyniki badań obserwatora prędkości F / 147
9.5.Wyniki badań obserwatora momentu obciążenia / 149
9.6. Podsumowanie / 150

10.PODSUMOWANIE / 152
BIBLIOGRAFIA / 157
Streszczenie w języku polskim / 167
Streszczenie w języku angielskim / 167
ZAŁĄCZNIK / 169