Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 1/11

Matej TOMAN,Drago DOLINAR, Gorazd

ŠTUMBERGER

VISOKOZMOGLJIV BREZSENZORSKI

POGON S SINHRONSKIM STROJEM S

TRAJNIMI MAGNETI

matej.toman@uni-mb.si

UNIVERZA V MARIBORUFakulteta za elektrotehniko,

računalništvo in informatiko

Laboratorij za vodenje elektromehanskih sistemov

Smetanova 17, 2000 MariborSlovenija

AIG’05AVTOMATIZACIJA V INDUSTRIJI IN

GOSPODARSTVU7. in 8. april 2005

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 2/9

• Sistem brezsenzorskega vodenja

• Uvod

• Model nelinearnega opazovalnika

• Rezultati

• Sklep

spremenljivk stanja

sinhronskega stroja s trajnimi

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti

magneti

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 3/9

- sinhronski stroj s trajnimi magneti (SSTM) kot element avtomatiziranega industrijskega pogona

Uvod

- sinhronski stroj v aplikacijah z veliko zahtevano natančnostjo vodenja položaja

- senzor položaja; slabosti

- nadomestitev senzorja položaja z nelinearnim opazovalnikom spremenljivk stanja

- vpliv napačnih napetosti na delovanje opazovalnika spremenljivk stanja

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 4/9

Model SSTM

Model nelinearnega opazovalnika spremenljivk stanja

napetostna enačba

enačba gibanja

enačba položaja

(1)

q

d

q

d

qqqd

dqdd

q

d

q

d

q

m

q

d

qq

d

d

q

d

q

d

i

i

i

i

kk

kk

u

u

L

L

Lp

i

i

L

R

L

Lp

L

Lp

L

R

i

i

ˆ

ˆ

10

01

1

0

(2)

(3)

q

d

q

d

q

d

lc

q

dqd

qdmqd

i

i

i

i

k

k

J

t

J

T

J

fi

iii

J

LLp

Jpii

ˆ

ˆ

01

10

1

0

p

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 5/9

Model nelinearnega opazovalnika spremenljivk stanja

(4)

Model nelinearnega opazovalnika spremenljivk stanja

napetostna enačba

enačba gibanja

enačba položaja

(5)

(6)

q

d

q

d

qqqd

dqdd

q

d

q

d

q

m

q

d

qq

d

d

q

d

q

d

i

i

i

i

kk

kk

u

u

L

L

Lp

i

i

L

R

L

Lp

L

Lp

L

R

i

i

ˆ

ˆ

10

01

1

0ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

q

d

q

d

q

d

lc

q

dqd

qdmqd

i

i

i

i

k

k

J

t

J

T

J

f

i

iii

J

LLp

Jpii

ˆ

ˆ

ˆˆ

ˆ

01

10ˆˆ1

0ˆˆˆ

ˆˆ p

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 6/9

Sistem brezsenzorskega vodenja SSTM

nap.pretv.

SSTM breme

vektorskipulznoširinski

modulator

dSPACEPPC 1103

krmilnisistem

T

1T

regulacijatoka inhitrosti

estimatornavora

bremena

opazovalnik

q

d

i

i

lt

q

d

u

u

rdri au

bu

cu

ad

bd

cd

DCu

1S

2S

3S

4S

5S

6S

ai

bi

ci

Slika 1: Shematska predstavitev hitrostnega vodenja SSTM z opazovalnikom spremenljivk stanja

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 7/9

Sistem brezsenzorskega vodenja SSTM

SSTM

senzor položaja

breme

napetostni pretvornik

vira enosmerne in izmenične

napetosti

V/I enote dSPACE PPC1103

krmilnega sistema

vmestnik in merilna veriga za merjenje tokov

nadzorni sistem

Slika 2: Nadzorni in eksperimetnalni sistem vodenja SSTM

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 8/9

Rezultati

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-10

0102030405060

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-10

0102030405060

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-4

-2

0

2

4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-4

-2

0

2

4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-0.004

-0.002

0

0.002

0.004

t [s]

t [s]

t [s]

t [s]

Slika 4: Uporaba referenčnih napetosti

t [s]

t [s]

t [s]

t [s]

r,

,

[rad

/s]

e

[rad

/s]

e

[rad

]e id

,

e iq

[A]

r,

,

[rad

/s]

e

[rad

/s]

e

[rad

]

e id,

e iq

[A

]

r

eid

eiq eid

eiq

r

Slika 3: Uporaba zmanjšanih referenčnih napetosti

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 9/9

Sklep

- izvedba brezsenzorskega vodenja SSTM

- v opazovalniku namesto dejanskih uporabljene referenčne napetosti

- večje kot je odstopanje med referenčnimi in dejanskimi napetostmi, večji je pogrešek opazovalnika

- meritev dejanskih napetosti

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 10/9

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 11/9

Določitev koeficientov opazovalnika

Pogreški opazovalnika

ˆˆ

ˆ

ˆ

qq

dd

iq

id

ii

ii

e

e

e

e

e

e

e

e

AAAA

AAAA

AAAA

e

e

e

e

iq

id

iq

id

010034333231

24232221

14131211

dqqdm

dq

dqqqqd

qd

ddqqdd

q

md

q

dq

d

q

qm

dqd

qqq

dqd

qd

mq

qd

qdq

ddd

d

IkIkJ

pA

UL

IkIkpA

UL

IkIkpAJ

fA

LpI

L

LpAI

L

LpA

kJ

pIJ

LLpAk

L

RA

kL

LpAk

JpI

J

LLpA

kL

LpAk

L

RA

234

24

1433

2313

3222

1231

2111

1

1,

,

1,

,

,(d1)

Model pogreškov opazovalnika

(d2)

(d3)sistemska matrika pogreškov določitev

koeficientov opazovalnika

Členi sistemske matrike pogreškov

dodatek

Visokozmogljiv brezsenzorski pogon s sinhronskim strojem s trajnimi magneti 12/9

Določitev koeficientov opazovalnika

Lega polov

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20-500

-250

0

250

500

Re

Im

-1000 -800 -600 -400 -200 0-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

Re

Im

dodatek

Slika d1: Lega polov za:

0

0

,/200/0

qd

qqqddqdd

kk

inkkkkpri

sraddosrad

600,785

1000,100,100,1000

,/200/0

qd

qqqddqdd

kk

inkkkk

prisraddosrad

Slika d2: Lega polov za: