hrvatski

Analiza slijednog sustava s elektronički komutiranim motorom

U ovom radu razrađen je pristup analizi i sintezi sustava za pozicioniranje sa sinkronim motorom s permanentnim magnetima (SMPM) upravljanim naponom statora pomoću širinsko impulsnog (PWM) pretvarača. Koncepcija upravljanja zasniva se na principu višepetljaste kaskadne regulacije. Analizirano je područje rada do nazivne brzine vrtnje tzv. područje konstantnog momenta. Razvijen je i prikazan matematički model pogona u koordinatnom sustavu koji rotira sinkrono s rotorom motora. Tada se, u stacionarnom stanju, struja statora može prikazati s dvije međusobno okomite komponente. Struja u uzdužnoj osi izravno djeluje na promjenu uzbude, a promjenom struje u poprečnoj osi mijenja se razvijeni moment motora. Stoga se, u području konstantnog momenta referentna vrijednost struje u uzdužnoj osi ¨drži¨ na nuli, a mijenja se referentna vrijednost struje u poprečnoj osi. Struktura regulacijskog kruga struje za područje konstantnog momenta relativno je jednostavna. U promatranom laboratorijskom modelu ostvarena je u analognoj tehnici. Načinjena su određena strukturna pojednostavljenja regulacijskih krugova struje statora i brzine vrtnje. Provedenom analizom tih krugova određeni su analitički izrazi za parametre regulatora struje i brzine vrtnje. Na osnovi tih izraza pronađene su odgovarajuće prijenosne funkcije zatvorenih regulacijskih krugova struje statora i brzine vrtnje. Simulacijom pomoću programskog paketa MATLAB/SIMULINK i mjerenjima na laboratorijskom modelu pogona provjerena je ispravnost načinjenog matematičkog modela i izraza određenih analitički. Odstupanja su u granicama točnosti mjerenja parametara pogona. Provedeni postupak analize i sinteze regulacijskih krugova struje statora i brzine vrtnje baziran je na klasičnoj teoriji regulacije. Posebno je analiziran regulacijski sustav s elastičnim spojnim vratilom između motora i radnog mehanizma tzv. dvomaseni regulacijski sustav. Tada se, zbog elastične mehaničke veze, pojavljuju torzijske oscilacije. Redovito su to oscilacije niske frekvencije koje u prijelaznim stanjima otežavaju postizanje zadovoljavajuće kakvoće prijelaznog procesa. Omjer zamašnih masa između radnog mehanizma i pogonskog motora u dvomasenom regulacijskom sustavu je posebno važan parametar. Analizirani su slučajevi kada se izbor parametara PI regulatora brzine vrtnje može provesti po simetričnom optimumu, slično kao u jednomasenom (krutom) sustavu. Postoje, međutim, slučajevi kada to nije moguće. Tada je pomoću dodatne povratne veze po brzini vrtnje pogonskog vratila na strani radnog mehanizma moguće postići zadovoljavajuće dinamičko vladanje dvomasenog regulacijskog sustava. U radnji je analiziran ovaj slučaj i proveden je postupak izbora parametara PI regulatora u tom slučaju. Još je analizirana mogućnost rekonstrukcije varijabli stanja sustava, dakle i brzine vrtnje pogonskog vratila na strani radnog mehanizma pomoću estimatora varijabli stanja sustava. Provedena je analiza i sinteza sustava s estimatorom varijabli stanja i regulatorom stanja sustava. Uvođenjem strukturnih pojednostavljenja podređenih regulacijskih krugova struje statora i brzine vrtnje, te podešenjem parametara njihovih regulatora po predloženom postupku, staza regulacijskog kruga položaja može se prikazati serijskim spojem jednog aperiodskog člana prvog reda i dvaju integralnih članova. Razmatrano je ¨točkatočka¨ pozicioniranje u linearnom i nelinearnom režimu rada. Provedena je sinteza nelinearnog regulatora položaja kako bi se dobio približno vremenski optimalan odziv položaja. Rezultati proračuna potvrđeni su simulacijom.

sinkroni motor s permanetnim magnetima; regulacija brzine vrtnje; torzijske oscilacije; dvomaseni sustav; pozicioniranje

nije evidentirano