Estymacja stanu układu dwumasowego z wykorzystaniem obserwatora wielowarstwowego

• Autorzy: Wróbel Karol , Śleszycki Kacper , Szabat Krzysztof , Katsura Seiichiro

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.05.32

Warianty tytułu

EN

State estimation of two-mass system with the use of a multilayer observer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W referacie przedstawiono zagadnienia związane z tłumieniem drgań skrętnych w układzie dwumasowym. W celu efektywnego tłumienia oscylacji wybrano strukturę z dwoma dodatkowymi sprzężeniami zwrotnymi. W celu jej implementacji konieczne jest zastosowanie wybranego estymatora zmiennych stanu. Problem estymacji komplikuje się w przypadku nieznanych warunków początkowych obiektu, np. naciągniętego wału. W niniejszej pracy proponuje się zastosowanie obserwatora wielowarstwowego zapewniającego znaczne skrócenie czasu estymacji.. Jego efektywność została potwierdzona przez szereg badań symulacyjnych i eksperymentalnych dla obiektu o parametrach zawartych w określonych granicach.

EN

The paper presents issues related to the damping of torsional vibrations in a dual mass system. In order to effectively dampen the oscillations, a structure with two additional feedbacks was chosen. In order to implement it, it is necessary to use the selected state variable estimator. The estimation problem becomes more complicated in the case of unknown initial conditions of the object, e.g. a stretched shaft. This paper proposes the use of a multilayer observer. Its effectiveness has been confirmed by a series of simulation and experimental tests for an object with parameters within certain limits.

Słowa kluczowe

PL

obserwator wielowarstwowy; układ dwumasowy; estymacja stanu; drganie skrętne

EN

multilayer observer; two-mass system; state estimation; torsional vibration

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 5
• Strony: 184--189
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Wróbel Karol

• Politechnika Wrocławska, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych

• https://orcid.org/0000-0002-7095-1384

autor

Śleszycki Kacper

• Politechnika Wrocławska, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych

• https://orcid.org/0000-0002-8764-4137

autor

Szabat Krzysztof

• Politechnika Wrocławska, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych

• https://orcid.org/0000-0001-8473-9475

autor

Katsura Seiichiro

• Keio University, Departament of System Design Engineering

• https://orcid.org/0000-0002-7487-0610

Bibliografia

• [1] Kyslan, K.; Petro, V.; Bober, P.; Šlapák, V.; Ďurovský, F.; Dybkowski, M.; Hric, M. A Comparative Study and Optimization of Switching Functions for Sliding-Mode Observer in Sensorless Control of PMSM. Energies 2022, 15, 2689.
• [2] Żychlewich M. Derugo P. Zastosowanie sterowania z modelem wewnętrznym opartego o sieci neuronowe dla napędu z elastycznym sprzęgłem. Przegląd Elektrotechniczny. 2018, R. 94, nr 5, s. 163-168.
• [3] Szabat K., Struktury sterowania elektrycznych układów napędowych z połączeniem sprężystym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław (2008)
• [4] Szabat K., Orłowska-Kowalska T., Vibration Suppression in a Two-Mass Drive System Using PI Speed Controller and Additional Feedbacks—Comparative Study, IEEE Trans. Ind. Electr., 54 (2007), No. 2, 1193-1206
• [5] Szczepański R., Kamiński M., Tarczewski T., Auto-Tuning Process of State Feedback Speed Controller Applied for Two-Mass System, Energies, 13 (12), 3067 (2020)
• [6] Serkies P., Szabat K., Effective damping of the torsional vibrations of the drive system with an elastic joint based on the forced dynamic control algorithms, Journal of Vibration and Control, 25 (2009), 16, 2225-2236
• [7] Zheng D.-D., Li W., Ren X., Repetitive Control of Two-mass Systems based on the Singular Perturbation Technique and Periodical Disturbance Observer, 2021 IEEE 10th Data Driven Control and Learning Systems Conference (DDCLS), 2021, pp. 1070-1075
• [8] Zaafouri Ch., Torchani B., Sellami A., Garcia G., UncertainSaturated Discrete-Time Sliding Mode Control for A Wind Turbine Using A Two-Mass Model, Asian Journal of Control, 20 (2018), No. 2, 802-818
• [9] Orlowska-Kowalska T., Kaminski M., Szabat K., Implementation of a Sliding-Mode Controller With an Integral Function and Fuzzy Gain Value for the Electrical Drive With an Elastic Joint, IEEE Trans. Industrial Electronics, 57 (2010), no. 4, 1309-1317
• [10] Żychlewicz M., Stanisławski R., Kamiński M., Grey Wolf Optimizer in Design Process of the Recurrent Wavelet Neural Controller Applied for Two-Mass System, Electronics, 11 (2022), No. 2, 177
• [11] Serkies P., A novel predictive fuzzy adaptive controller for a two-mass drive system, Bulletin of the Polish Academy of Science, 66 (2018), No. 1, 37-47
• [12] Serkies P., Szabat K., Predictive Control of the Two-Mass Drive with an Induction Motor for a Wide Speed Range, 2018 IEEE 18th International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 2018, pp. 750-755
• [13] Serkies P., Gorla A., Implementation of PI and MPC-Based Speed Controllers for a Drive with Elastic Coupling on a PLC Controller, Electronics. 2021; 10(24):3139
• [14] Woo TG., Kim BJ., Yoon YD., Mechanical resonance suppression method based on active disturbance rejection control in two-mass servo system, Journal of Power Electronics, 22 (2022), 1324–1333
• [15] Wicher B., Brock S., Active Disturbance Rejection Control Based Load Side Speed Controller for Two Mass System with Backlash, 2018 IEEE 18th International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 2018, pp. 645-650
• [16] Kaminski M., Adaptive Gradient-Based Luenberger Observer Implemented for Electric Drive with Elastic Joint, 23rd International Conference on Methods & Models in Automation & Robotics (MMAR), 2018, pp. 53-58
• [17] Yokoyama M., Oboe R., Shimono T., Robustness Analysis of Two-Mass System Control Using Acceleration-Aided Kalman Filter, IECON 2018 - 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2018, pp. 4600-4605
• [18] Serkies, P., Estimation of state variables of the drive system with elastic joint using moving horizon estimation (MHE), Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, 67 (2019), No. 5, 883-892
• [19] Kaminski M., Malarczyk M., Hardware Implementation of Neural Shaft Torque Estimator Using Low-cost Microcontroller Board, 2021 25th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), 2021, pp. 372-37
• [20] Szabat K., Wróbel K., Dróżdż K., Janiszewski D., Pajchrowski T., Wójcik A., A Fuzzy Unscented Kalman Filter in the Adaptive Control System of a Drive System with a Flexible Joint, Energies, 13.8 (2020), 2056
• [21] Wróbel, K.; Śleszycki, K.; Szabat, K.; Katsura, S. Application of Multilayer Observer for a Drive System with Flexibility. Energies 2021, 14, 8479.
• [22] K. Szabat, K. Wróbel. S. Katsura, Application of multilayer Kalman filter to a flexible drive system. IEEJ Journal of Industry Applications. vol. 11, no. 3,483-493, 2022.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).