brezsenzorsko vodenje sinhronskega motorja z opazovalnikom magnetnega sklepa trajnega magneta

Brezsenzorsko vodenje sinhronskega Brezsenzorsko vodenje sinhronskega motorja z opazovalnikom magnetnega motorja z opazovalnikom magnetnega

sklepa trajnega magnetasklepa trajnega magneta

Brezsenzorsko vodenje sinhronskega Brezsenzorsko vodenje sinhronskega motorja z opazovalnikom magnetnega motorja z opazovalnikom magnetnega

sklepa trajnega magnetasklepa trajnega magneta

Predstavitev Predstavitev doktorske disertacijedoktorske disertacijePredstavitev Predstavitev doktorske disertacijedoktorske disertacije

Evgen UrlepMaribor, 21.11.2006

22

VsebinaVsebina I. I.VsebinaVsebina I. I.

UvodUvod Model SMTM z neizraženimi poliModel SMTM z neizraženimi poli Izvedba vodenja v orientaciji poljaIzvedba vodenja v orientaciji polja Določanje kota magnetnega sklepa trajnega magnetaDoločanje kota magnetnega sklepa trajnega magneta

Opazovalnik magnetnega sklepa trajnega magneta s Opazovalnik magnetnega sklepa trajnega magneta s korekcijo amplitudekorekcijo amplitude

Korekcija kota s pomočjo informacije Hallovega Korekcija kota s pomočjo informacije Hallovega dajalnikadajalnika

33

VsebinaVsebina II. II.VsebinaVsebina II. II.

Adaptivni opazovalnik magnetnega sklepa trajnega Adaptivni opazovalnik magnetnega sklepa trajnega magnetamagneta

Model in nelinearnosti pretvornikaModel in nelinearnosti pretvornika Meritev napetosti na osnovi povprečenja vejnih Meritev napetosti na osnovi povprečenja vejnih potencialovpotencialov Meritev napetosti na podlagi meritev zakasnitev Meritev napetosti na podlagi meritev zakasnitev preklopovpreklopov

SimulacijeSimulacije

Eksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultati

ZaključekZaključek

44

UvodUvodUvodUvod Raziskave na podroRaziskave na področju načrtovanja in vodenja čju načrtovanja in vodenja

SMTM so še vedno intenzivne.SMTM so še vedno intenzivne. Vodenje SMTM zahteva poznavanje mehanskega Vodenje SMTM zahteva poznavanje mehanskega

kota/magnetnega sklepa trajnega magneta.kota/magnetnega sklepa trajnega magneta. Rekonstrukcija le-tega je možna iz električnih na Rekonstrukcija le-tega je možna iz električnih na

statorju ob pomoči modela motorja z uporabo statorju ob pomoči modela motorja z uporabo ocenjevalnikov in opazovalnikov.ocenjevalnikov in opazovalnikov.

Neobservabilnost onemogoča uporabo v področju Neobservabilnost onemogoča uporabo v področju hitrosti nič za motorje brez izraženih polov.hitrosti nič za motorje brez izraženih polov.

Področje delovanja je v veliki meri odvisno od Področje delovanja je v veliki meri odvisno od točnosti modela, izbranega ocenjevalnika in točnosti modela, izbranega ocenjevalnika in ujemanja merjenih veličin in parametrovujemanja merjenih veličin in parametrov

55

Model Model SMTM z neizraženimi poliSMTM z neizraženimi poliModel Model SMTM z neizraženimi poliSMTM z neizraženimi poli

(s) Stacionarni koordinatni sistem (a,b)

Napetost na statorju

Magnetni sklep trajnega magneta

Enačba gibanja

Gibalna inducirana napetost

Stator je krožno in osno simetričenCilindričen rotor s površinsko montiranimi magnetiNi upoštevanja nasičenja na statorjuRazporeditev magnetov ne povzroča izraženostiPorazdelitev po kotu je sinusnaParametri so koncentrirani in neodvisni

66

Generiranje navora SMTMGeneriranje navora SMTMGeneriranje navora SMTMGeneriranje navora SMTMProizveden navor

Največji proizveden navor:

Ob hitrosti nič je gibalna inducirana napetost enaka nič

Ocenjevanje magnetnega sklepa trajnega magneta pri hitrosti nič odpove

V koordinatah MSTM:

77

Vodenje ob hitrosti nič Vodenje ob hitrosti nič Vodenje ob hitrosti nič Vodenje ob hitrosti nič Pogrešek navora zaradi pogreška kota

Pogrešek kota ob dodatnem toku

Dodaten tok povzroči dodaten navor ob pogrešku kota

Numerična rešitev v ostalih primerih

88

Brezsenzorsko vodenje SMTMBrezsenzorsko vodenje SMTMBrezsenzorsko vodenje SMTMBrezsenzorsko vodenje SMTM

- Vodenje brez mehanskega dajalnika hitrosti in kota- Regulator toka v statorskih koordinatah - Opazovalnik magnetnega sklepa trajnega magneta – ni merilnika kota- poenostavljena transformacija dq/ab

99

Določanje kota magnetnega sklepa trajnega Določanje kota magnetnega sklepa trajnega magnetamagneta

Določanje kota magnetnega sklepa trajnega Določanje kota magnetnega sklepa trajnega magnetamagneta

Metode z upoštevanjem višjeharmonskih komponentMetode z upoštevanjem višjeharmonskih komponent Metode na osnovi izraženih lastnosti motorjaMetode na osnovi izraženih lastnosti motorja Metode na podlagi inducirane napetostiMetode na podlagi inducirane napetosti

• Ocenjevalniki Ocenjevalniki • Opazovalniki motenj, Luenberger,razširjen Kalman, Opazovalniki motenj, Luenberger,razširjen Kalman, • modelno referenčni adaptivni sistemi (MRAS)modelno referenčni adaptivni sistemi (MRAS)• opazovalniki na osnovi nevronskih mrež, mehke logikeopazovalniki na osnovi nevronskih mrež, mehke logike

1010

Opazovalnik magnetnega sklepaOpazovalnik magnetnega sklepa trajnega trajnega magneta s korekcijo amplitudemagneta s korekcijo amplitude

Opazovalnik magnetnega sklepaOpazovalnik magnetnega sklepa trajnega trajnega magneta s korekcijo amplitudemagneta s korekcijo amplitude

s

dR

dt s

s s

ψu i

Opazovalnik na osnovi napetostne enačbe

Korekcija amplitude MSTM

+ pasovna širina opazovalnika+ delovanje blizu hitrosti 0

- občutljiv na spremembe statorske upornosti- zahtevano je poznavanje začetnega pogoja

1111

Analiza opazovalnika s korekcijo amplitudeAnaliza opazovalnika s korekcijo amplitudeAnaliza opazovalnika s korekcijo amplitudeAnaliza opazovalnika s korekcijo amplitudeModel pogreška

Prenosna funkcija:

• pogrešek statorske napetostipogrešek statorske napetosti

• pogrešek statorske upornostipogrešek statorske upornosti

• pogrešek statorske induktivnostipogrešek statorske induktivnosti

• pogrešek referenčne amplitude magnetnega pogrešek referenčne amplitude magnetnega sklepa trajnega magnetasklepa trajnega magneta

1212

Analiza opazovalnika s korekcijo amplitudeAnaliza opazovalnika s korekcijo amplitudeAnaliza opazovalnika s korekcijo amplitudeAnaliza opazovalnika s korekcijo amplitude

Vpliv pogreška referenčne amplitude magnetnega sklepaV področju nizkih frekvenc sledi referenčni amplitudi

1313


Vpliv pogreška statorske induktivnostiIzrazit v področju višjih frekvenc

1414


Vpliv pogreška statorske napetostiNajbolj izražen je v področju nizkih frekvenc

1515


Vpliv pogreška statorske upornostiNajbolj izražen je v področju nizkih frekvenc

1616



Korekcija amplitude

Korekcija kota

1717

Adaptivni opazovalnik magnetnega sklepa Adaptivni opazovalnik magnetnega sklepa trajnega magneta trajnega magneta

Adaptivni opazovalnik magnetnega sklepa Adaptivni opazovalnik magnetnega sklepa trajnega magneta trajnega magneta

- Osnovan na korekciji pogreška amplitude- Korekcija v smeri mag. sklepa trajnega magneta- Korekcija vpliva obremenitve je odvisna od toka

ˆˆ ˆ jr r e

Ψ Ψ

1818

Vpliv pogreška statorske upornostiVpliv pogreška statorske upornostiVpliv pogreška statorske upornostiVpliv pogreška statorske upornosti

Predpostavke: konstantna hitrost in obremenitev, id=0

Pogrešek ocenjenega MSTM:

- Vpliv na pogrešek ocenjenega magnetnega sklepa trajnega magneta - proporcionalen z obremenitvijo- vpliv je največji pri nizkih hitrostih

1919

Model in linearizacija pretvornikaModel in linearizacija pretvornikaModel in linearizacija pretvornikaModel in linearizacija pretvornika

Topologija trifaznega DC/AC pretvornika

2020

Statična karakteristika pretvornikaStatična karakteristika pretvornikaStatična karakteristika pretvornikaStatična karakteristika pretvornika

- Vpliv mrtvih časov- Trganje toka v področju majhnih tokov- Padci napetosti na stikalnih elemenih

2121

Povprečenje vejnih potencialov in linearizacijaPovprečenje vejnih potencialov in linearizacijaPovprečenje vejnih potencialov in linearizacijaPovprečenje vejnih potencialov in linearizacija

Princip delovanja

Zaprtozančna linearizacija

2222

Meritev napetosti na podlagi meritev zakasnitev Meritev napetosti na podlagi meritev zakasnitev preklopovpreklopov

Meritev napetosti na podlagi meritev zakasnitev Meritev napetosti na podlagi meritev zakasnitev preklopovpreklopov

Princip delovanja

Linearizacija

2323

Simulacije – opazovalnik MSTM s korekcijo Simulacije – opazovalnik MSTM s korekcijo amplitudeamplitude


Vpliv spremembe statorske induktivnostiVpliv spremembe statorske induktivnosti

2424



Vpliv spremembe statorske upornostiVpliv spremembe statorske upornosti

2525



Vpliv obremenitveVpliv obremenitve

EAFR

2626



Vpliv obremenitveVpliv obremenitve

id= 10 Aid= 10 A

EAFR

2727

Simulacije – adaptivni opazovalnik MSTM s Simulacije – adaptivni opazovalnik MSTM s korekcijo vpliva obremenitvekorekcijo vpliva obremenitve

Simulacije – adaptivni opazovalnik MSTM s Simulacije – adaptivni opazovalnik MSTM s korekcijo vpliva obremenitvekorekcijo vpliva obremenitve

2828

Eksperimentalni sistemEksperimentalni sistemEksperimentalni sistemEksperimentalni sistem

PogonPMSM AMG6308 Un=48 VPn=0.8 kWp=6Rs=0.15 , Ls=237 H, PM=0.02 Vs

BremeIMUn=24 VIn=30 Ap=2

Krmilnik bremena-Semikron-DSP-2

Krmilnik pogona- MOSFET most- DSP-2

2929

Rezultati – počasno reverziranjeRezultati – počasno reverziranjeRezultati – počasno reverziranjeRezultati – počasno reverziranje

id=0

Tl=0.9 Nm

id=0

Tl=0.9 Nm

Korekcija amplitude

3030

id=0

Tl=0.9 Nm

id=0

Tl=0.9 Nm


Korekcija amplitude+id

3131


Z dodatno informacijo Hallovega dajalnikaZ dodatno informacijo Hallovega dajalnika

Korekcija amplitude+Hall

3232

Rezultati – hitrost nič – vodenje navoraRezultati – hitrost nič – vodenje navoraRezultati – hitrost nič – vodenje navoraRezultati – hitrost nič – vodenje navora

Z dodatno informacijo Hallovega dajalnikaZ dodatno informacijo Hallovega dajalnika

Korekcija amplitude+Hall

3333

Rezultati - obratovanje brez korekcije vpliva Rezultati - obratovanje brez korekcije vpliva obremenitveobremenitve

Rezultati - obratovanje brez korekcije vpliva Rezultati - obratovanje brez korekcije vpliva obremenitveobremenitve

Stacionarno obratovanje =10 rad/s z obremenitvijo Tl=0.5 Nm

Pogrešek kota

0.1 rad

Pogrešek kota

0.1 rad

Adaptivni

3434

Rezultati – obratovanje s korekcijo vpliva Rezultati – obratovanje s korekcijo vpliva obremenitveobremenitve

Rezultati – obratovanje s korekcijo vpliva Rezultati – obratovanje s korekcijo vpliva obremenitveobremenitve

Stacionarno obratovanje =10 rad/s z obremenitvijo Tl=0.5 Nm

Zmanjšan pogrešek kota

iz 0.1 rad na 0.05 rad

Zmanjšan pogrešek kota

iz 0.1 rad na 0.05 rad

Adaptivni

3535

ZaključekZaključekZaključekZaključek

Vodenje PMSM zahteva informacijo o orientaciji Vodenje PMSM zahteva informacijo o orientaciji magnetnega sklepa trajnega magneta.magnetnega sklepa trajnega magneta.

Opazovalniki Opazovalniki lahko lahko iz elektriiz električnih veličin izločijo čnih veličin izločijo mehanske veličine, kadar hitrost ni enaka nič.mehanske veličine, kadar hitrost ni enaka nič.

Predstavljene strukture opazovalnikov so občutljive na Predstavljene strukture opazovalnikov so občutljive na pogreške parametrov:pogreške parametrov:• pogrešek statorske induktivnost v višjem frekvenčnem pogrešek statorske induktivnost v višjem frekvenčnem

področjupodročju• pogrešek amplitude magnetnega sklepa trajnega magnetapogrešek amplitude magnetnega sklepa trajnega magneta• pogrešek statorske upornosti z obremenjevanjempogrešek statorske upornosti z obremenjevanjem

3636

ZaključekZaključekZaključekZaključek

Občutljivost na spremembe parametrov je zmanjšana Občutljivost na spremembe parametrov je zmanjšana z vpeljavo dodatnih signalov:z vpeljavo dodatnih signalov:

korekcija kota na osnovi Hallovega dajalnikakorekcija kota na osnovi Hallovega dajalnika

zmanjšanje vpliva pogreškov zaradi obremenitvezmanjšanje vpliva pogreškov zaradi obremenitve

Pogrešek napetosti je zmanjšan z merjenjem statorske Pogrešek napetosti je zmanjšan z merjenjem statorske napetosti/zakasnitev preklopov in kompenzacijo napetosti/zakasnitev preklopov in kompenzacijo nelinearnosti pretvornikanelinearnosti pretvornika

Vodenje ob hitrosti nič ob omejenem kotnem Vodenje ob hitrosti nič ob omejenem kotnem pogrešku je izboljšano z vpeljavo dodatnega tokapogrešku je izboljšano z vpeljavo dodatnega toka iidd..

Predstavljene rešitve so preverjene na Predstavljene rešitve so preverjene na eksperimentalnem sistemueksperimentalnem sistemu

3737

Prispevki k znanostiPrispevki k znanostiPrispevki k znanostiPrispevki k znanosti zapis variacije navora in magnetnega sklepa trajnega magneta in izvedba vodenja zapis variacije navora in magnetnega sklepa trajnega magneta in izvedba vodenja

navora,navora, zasnova in analiza opazovalnika magnetnega sklepa, ki omogoča vodenje pri nizkih zasnova in analiza opazovalnika magnetnega sklepa, ki omogoča vodenje pri nizkih

hitrostih,hitrostih, analiza vplivov pogreškov merjenih signalov in odstopanj parametrov na obnašanje analiza vplivov pogreškov merjenih signalov in odstopanj parametrov na obnašanje

opazovalnika,opazovalnika, uporaba meritve statorske napetosti s povprečenjem vejnih potencialov v algoritmu uporaba meritve statorske napetosti s povprečenjem vejnih potencialov v algoritmu

vodenja, vodenja, izvedba kompenzacije nelinearnosti pretvornika na podlagi meritev dejanskih preklopov izvedba kompenzacije nelinearnosti pretvornika na podlagi meritev dejanskih preklopov

stikalnih elementov v pretvorniku,stikalnih elementov v pretvorniku, razširitev delovnega področja vodenja na hitrost nič z vpeljavo korekcije kota v razširitev delovnega področja vodenja na hitrost nič z vpeljavo korekcije kota v

opazovalnik, pridobljene z meritvijo kota s Hallovim dajalnikom,opazovalnik, pridobljene z meritvijo kota s Hallovim dajalnikom, vpeljava dodatnega toka vpeljava dodatnega toka iidd in korekcija kota v področju nizkih hitrosti ob omejenem in korekcija kota v področju nizkih hitrosti ob omejenem

navoru bremena omeji nastali pogrešek ocenjenega kota in omogoča delovanje tudi ob navoru bremena omeji nastali pogrešek ocenjenega kota in omogoča delovanje tudi ob hitrosti nič.hitrosti nič.

3838

Hvala za pozornost!Hvala za pozornost!Hvala za pozornost!Hvala za pozornost!

brezsenzorsko vodenje sinhronskega motorja z opazovalnikom magnetnega sklepa trajnega magneta

Documents