hrvatski

Estimiranje brzine i položaja rotora elektronički komutiranog motora

U radu je prikazana metoda za estimiranje brzine vrtnje i položaja rotora elektronički komutiranog motora (EKM). Pri osmišljavanju metode analizirani su iz literature poznati postupci estimiranja kod EKM-a, sinkronog motora s permanentnim magnetima na rotoru i asinkronog motora. Prikazana se metoda temelji na primjeni proširenog Kalmanovog filtra (PKF) i diskretnom modelu motora s linijskim naponima. Kod primjene PKF-a bilo je potrebno riješiti niz specifičnih problema koji su uglavnom povezani s karakterističnim valnim oblicima napona i struja EKM-a. Mjerene veličine su linijski naponi i struje motora koji se ne filtriraju pomoću analognih filtara što je inače uobičajeno kod sličnih metoda. To je omogućeno sinkronizacijom mjerenja i upravljanja tranzistorima izmjenjivača tako da je u trenutku mjerenja minimiziran utjecaj šuma na mjerne veličine. Srednja vrijednost napona za vrijeme perioda diskretizacije određuje se kombiniranim postupcima mjerenja i proračuna. U tom se proračunu koristi intermitencija uključenosti tranzistora koju na početku perioda diskretizacije proračunava prediktivni regulator struje. Taj se regulator temelji na matematičkom modelu motora. Zbog primjene PKF-a posebna pozornost posvećena je odabiru matrica kovarijanci sistemskog i mjernog šuma. Matrica kovarijanci mjernog šuma ovisi o točnosti mjerenja struja i njeni članovi su konstantni tijekom cijelog postupka estimiranja, dok članovi matrice sistemskog šuma ovise o točnosti modela motora i točnosti određivanja napona, a mijenjaju se adaptivno ovisno o režimu rada motora. Optimiranje koeficijenata matrice sistemskog šuma provedeno je simulacijskim i eksperimentalnim postupcima. Da bi se dobile osnovne spoznaje o kvaliteti prikazane metode estimiranja provedena je simulacija na digitalnom računalu. U tu je svrhu izrađen kompjuterski program pomoću kojeg se simulira elektromotorni pogon s EKM-om i postupak estimiranja. Izrađene su dvije varijante programa za simuliranje estimacijskog postupka: (1) s konstantnim parametrima motora i (2) s istovremenim estimiranjem varijabli stanja i parametara motora. Rezultati simulacije stacionarnih i dinamičkih režima rada s konstantnim parametrima motora pokazali su da je moguće estimirati brzinu i položaj rotora EKM-a uz visoku točnost estimiranja. Simuliranjem je ispitana osjetljivost rezultata estimiranja na parametre motora, te je utvrđena značajna osjetljivost rezultata na otpor statorskog namota i konstantu elektromotorne sile, dok rezultati nisu bitno osjetljivi na induktivitet statorskog namota. Također je analiziran utjecaj matrica kovarijanci sistemskog i mjernog šuma na rezultate estimiranja. Simulacijom je istražena mogućnost istovremenog estimiranja varijabli stanja i svakog parametra motora pojedinačno, te su pritom dobiveni zadovoljavajući rezultati kod estimiranja otpora statorskog namota i konstante elektromotorne sile. Prije eksperimentalne provjeru rezultata estimiranja proveden je postupak identifikacije parametara motora. Taj se postupak sastoji iz pokusa i numeričkog proračuna, a temelji se na minimizaciji razlike mjerenih i proračunatih veličina u vremenskoj domeni. Za određivanje parametara statorskog namota važno je provesti pokus koji osigurava da valni oblici struje kod tog pokusa budu slični onima koji se javljaju u stvarnom pogonu. Dobiveni rezultati pokazuju da je otpor statorskog namota ovisan o amplitudi i frekvenciji pulzacija struje, dok je induktivitet praktički neovisan o tim veličinama. Pokusom generatorskog praznog hoda određena je konstanta elektromotorne sile koja se od nazivne vrijednosti razlikuje za približno 5%. U svrhu eksperimentalne provjere rezultata estimiranja izgrađen je laboratorijski pogon. Sve upravljačke funkcije i estimacijski algoritam realizirani su pomoću DSP-a, tip TMS320C50. Zahvaljujući faznoj simetričnosti statorskog namota pojednostavljene su matrične jednadžbe PKF-a, što je značajno pojednostavnilo estimacijski program u DSP-u i skratilo vrijeme njegova računanja. U stacionarnim režimima rada eksperimentalno su provjereni rezultati pri različitim brzinama i opterećenjima. Pri tome je pokazano da su rezultati estimiranja bolji pri većim brzinama i pri opterećenom motoru. Eksperimentalno su provjereni rezultati u dinamičkim stanjima pri skokovitoj promjeni reference brzine i udarnom opterećenju. Ti su rezultati praktički jednaki onima u stacionarnom stanju zbog relativno velike konstante tromosti. Eksperimentalno je ispitana mogućnost istovremenog estimiranja varijabli stanja i otpora statorskog namota. Za razliku od simulacijskih rezultata, utvrđeno je da tom metodom nije moguće estimiranje otpora statora. Na kraju da posebnu pažnju treba posvetiti filtriranju estimirane brzine, a pri sintezi regulacijskog kruga brzine potrebno je uzeti u obzir dodatno kašnjenje usljed primjene PKF-a. Prikazan je postupak za određivanje vremenske konstante PKF-a. Upotreba estimirane brzine kao signala povratne veze provjerena je eksperimentalno pri čemu su dobiveni zadovoljavajući pokazatelji kvalitete regulacije. Dobivena je točnost održavanja stacionarne brzine vrtnje (oko referentne vrijednosti) u iznosu od ą1% nazivne brzine kod svih opterećenja i pri svim brzinama većim od 5% nazivne vrijednosti.

elektronički komutirani motor; prošireni Kalmanov filtar; estimacija; signalni procesor; pogon bez mjernih članova

nije evidentirano