Aproksymacja funkcji trygonometrycznych w algorytmach komutacji elektronicznej napędów bezpośrednich

• Autorzy: Góra Grzegorz , Karpiel G. , Mars P. , Sitek R. , Goczał M.

Warianty tytułu

EN

Trigonometric functions approximation of the direct drives’ electronic commutation algorithms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W przypadku funkcji trygonometrycznych, które są wykorzystywane w algorytmach komutacji elektronicznej napędów bezpośrednich już aproksymacja wielomianem stopnia drugiego pozwala na uzyskanie dobrego przybliżenia, a powstałe różnice nie muszą w niekorzystny sposób wpływać na pracę napędu. W celu przeanalizowania rezultatów aproksymacji, zaimplementowano trzy moduły sprzętowe SPWM, w których do obliczania wartości funkcji trygonometrycznych wykorzystano następujące algorytmy: CORDIC z dokładnością 16-bitową i 12-bitową oraz proponowaną aproksymację wielomianem kwadratowym. Badanie wpływu zastosowanych algorytmów na pracę silnika przeprowadzono na trzech wersjach sterownika pozycyjnego, bazujących na regulatorze typu PI, wykorzystujących wcześniej zaprojektowane bloki sprzętowe elektronicznej komutacji SPWM. Jako platformę sprzętową do budowy sterownika pozycyjnego wykorzystano układ FPGA Cyclone IV firmy Altera oraz prototyp stopnia mocy oparty na tranzystorach typu Power MOSFET. Eksperyment przeprowadzono wykorzystując trajektorię, która dobrze testuje zarówno stany statyczne jak i przejściowe o zmiennej dynamice. W podsumowaniu omówiono otrzymane różnice w rezultatach oraz przedstawiono zalety i wady zastosowania aproksymacji wielomianem kwadratowym w module elektronicznej komutacji.

EN

In the case of trigonometric functions which are utilized in the direct drives’ electronic commutation algorithms, the using of quadratic polynomial approximation allows obtaining a good approximation, and the arising differences do not adversely affect the drive operation. In order to analyze the results of approximation, the three SPWM hardware modules were implemented inside which the calculation of trigonometric functions is realized by the following algorithms: CORDIC with the accuracy of 16-bit and 12-bit, as well as the proposed quadratic polynomial. The study of the utilized algorithms impact on the drive operation was carried out on the three different positional controllers which are based on PI regulators, using pre-designed SPWM electronic commutation hardware blocks. As a hardware platform for the positional controller building, the Altera’s Cyclone IV FPGA chip and the power stage prototype based on the Power MOSFET transistors were utilized. The experiment was performed using the trajectory that tests well both static and transient with variable dynamics states. In the conclusion, the obtained differences from results were discussed as well as advantages and disadvantages of the quadratic polynomial approximation application in the electric commutation module were presented.

Słowa kluczowe

PL

SPWM; aproksymacja wielomianowa; komutacja elektroniczna; funkcje trygonometryczne

EN

SPWM; polynomial approximation; electronic commutation; trigonometric functions

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 1 (113)
• Strony: 15--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Góra Grzegorz

• Akademia Górniczo- Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Karpiel G.

• Akademia Górniczo- Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Mars P.

• Akademia Górniczo- Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Sitek R.

• Energylandia, al. 3 Maja 2 32-640 Zator

autor

Goczał M.

• Energylandia, al. 3 Maja 2 32-640 Zator

Bibliografia

• [1]. A. Bodora, T. Biskup, A. Domoracki, H. Kołodziej: "Mikroprocesorowy system sterowania napędu z silnikami prądu stałego bezszczotkowymi sterowanymi sinusoidalnie", Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 74, str. 19 -23, 2006.
• [2]. B. Li, Ch. Wang: "Comparative Analysis on PMSM Control System Based on SPWM and SVPWM", IEEE, ISBN 978-1-4673-9714-1, 2016.
• [3]. A. Belkhein, M. Belkhein, S. Aoughellanet, A. Rabhi: "FPGA based Control of a PWM Inverter by the Third Harmonic Injection Technique for Maximizing DC Bus Utilization”, IEEE, ISBN 978-1-4799-8212-7, 2015.
• [4]. SVM - Space Vector Modulation. Dostępny: http://electrotech4u.blogspot.com/2011/07/implementation-of-space-vector.html (16.02.2017).
• [5]. Z. B. Ibrahim, Md. L. Hossain, I. B. Bugis, N. M. N. Mahadi, A. Shukri, A. Hasim: "Simulation Investigation of SPWM, THIPWM and SVPWM Techniques for Three Phase Voltage Source Inverter" International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS), Vol. 4, No. 2, str. 223-232, 2014.
• [6]. T. Vladimirova and H. Tiggeler: "FPGA Implementation of Sine and Cosine Generators Using the CORDIC Algorithm", Surrey Space Centre University of Surrey.
• [7]. Z. Navabi: "Digital Design and Implementation with Field Programmable Devices" Springer Science, ISBN:1-4020-8011-5, str. 229-245, 2005
• [8]. R. Barlik, M. Nowak: "Poradnik inżyniera energoelektronika" Wydawnictwo Naukowe PWN ISBN: 978-83-01-18550-3, 2016
• [9]. Altera: http://www.altera.com, 2017-01-15.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).