Rozmyty regulator stanu układu dwumasowego

• Autorzy: Żychlewicz Mateusz , Stanisławski Radosław , Szrek Jarosław , Malarczyk Mateusz , Kamiński Marcin

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.03.08

Warianty tytułu

EN

Fuzzy state controller applied for two-mass system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Sterowanie napędem elektrycznym oparte o wektor zmiennych stanu umożliwia precyzyjne odtwarzanie sygnału zadanego. Jednak zakłócenia parametryczne lub pomiarowe zdecydowanie utrudniają zachowanie poprawności działania struktury sterowania. W związku z tym, w niniejszej publikacji, zaproponowano rozszerzenie regulatora o część bazującą na logice rozmytej. Zastosowany element wpływa, w zależności od uchybu prędkości, na wartości wzmocnień w sprzężeniach zwrotnych, w efekcie odpowiednio kształtowane są zmienne stanu oraz dynamika napędu. W procesie projektowania zastosowany został optymalizacyjny algorytm metaheurystyczny - Symbiotic Organisms Search (SOS). Obiektem sterowanym jest układ napędowy z elastycznym sprzęgłem, które zostało wprowadzone do części mechanicznej. Wyniki badań symulacyjnych potwierdzają poprawność analizowanej koncepcji. Przeprowadzone zostały również testy eksperymentalne (algorytm został zaimplementowany w karcie dSPACE1103, napęd zawierał dwa silniki prądu stałego o mocy 0,5kW).

EN

Application of control methods based on state vector leads to precise tracking of reference signal. However, the parametric or measurement disturbance definitely make it difficult to maintain the correct operation of the system. Therefore, in this paper, implementation of an additional fuzzy element is proposed. It can recalculate, using information about the speed error, the coefficients in the feedback paths. Then, shape of the state variables and the dynamics of the system are forced properly. In the design process, the metaheuristic algorithm - Symbiotic Organisms Search (SOS) - was used. The electrical drive contains elastic shaft. The results of the simulations confirm the correctness of the analyzed method. Moreover, the experimental tests were performed (with the dSPACE 1103 card, the system contains two DC motor with 0.5kW).

Słowa kluczowe

PL

logika rozmyta; regulator stanu; sterowanie adaptacyjne; układ dwumasowy

EN

fuzzy logic; state controller; adaptive control; two-mass system

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 3
• Strony: 53--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Żychlewicz Mateusz

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, 50-372 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0003-1608-3333

autor

Stanisławski Radosław

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, 50- 372 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0003-4739-2948

autor

Szrek Jarosław

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Układów Mechatronicznych, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0002-2067-4577

autor

Malarczyk Mateusz

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, 50- 372 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0003-1477-8385

autor

Kamiński Marcin

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, 50-372 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0002-8472-1053

Bibliografia

• [1] Errouissi R., Al-Durra A., Muyeen S. M., Experimental validation of a novel PI speed controller for AC motor drives with improved transient performances, IEEE Trans. Control Systems Technology, 26 (2018), No. 4, 1414-1421
• [2] Velagić J., Obarčanin K., Kapetanović E., Huseinbegović S.,Osmić N., Design of PLC-based PI controller for the permanent magnet DC motor under real constraints and disturbances, International Symposium on Information, Communication and Automation Technologies, (2009), Bośnia, 29-31 października
• [3] Nise N. S., Control Systems Engineering, 7th Edition, Wiley, (2014)
• [4] Rebeiro R. S., Uddin M. N., Performance comparison of a PI and an FLC based tuned PI with adaptive hysteresis controllers for IPMSM drive, International Conference on Electrical & Computer Engineering, (2010), 18-20 grudnia, Dhaka, Bangladesz
• [5] Barsaiyan P. Purwar S., Comparison of state feedback controller design methods for MIMO systems, 2010 International Conference on Power, Control and Embedded Systems, (2010), 1-6, 29 listopada-1 grudnia, Allahabad, Indie, doi: 10.1109/ICPCES.2010.5698642.
• [6] Grzesiak L. M., Ufnalski B., Neural-network-based programmable state feedback controller for induction motor drive, The 2006 IEEE International Joint Conference on Neural Network Proceedings, (2006), 1091-1097, 16-21 lipca, Vancouver, Kanada, doi: 10.1109/IJCNN.2006.246811
• [7] Szczepanski R., Kaminski M., Tarczewski T., Auto-tuning process of state feedback speed controller applied for two-mass system, Energies, 13 (2020), No. 12 doi: 10.3390/en13123067
• [8] Wróbel K., Dróżdż K. Szabat K., Application of fuzzy unscented Kalman filter for states and parameter estimation of two mass drive, 2020 IEEE 29th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), (2020), 259-264, 17-19 czerwca, Delft, Holandia, doi: 10.1109/ISIE45063.2020.9152563.
• [9] Kamiński M., Dróżdż K. Szabat K., Estimation of the mechanical state variables of two-mass system using adaptive Kalman filter, 2015 IEEE 11th International Conference on Power Electronics and Drive Systems, (2015), 1152-1155, 9-12 czerwca, Sydney, Australia, doi: 10.1109/PEDS.2015.7203543.
• [10] Dróżdż K., Orłowska-Kowalska T. Szabat K., Application of the modified fuzzy Kalman filter to states estimation of the two-mass system, 2015 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), (2015), 634-639, 17-19 marca, Sewilla, Hiszpania, doi: 10.1109/ICIT.2015.7125169.
• [11] Urbanski K., Janiszewski D., Position estimation at zero speed for PMSMs using artificial neural networks, Energies, 14 (2021), No. 23, doi: 10.3390/en14238134
• [12] Szabat K., Tran-Van T., Kamiński M., A modified fuzzy Luenberger observer for a two-mass drive system, IEEE Transactions on Industrial Informatics, 11 (2015), No. 2, 531-539, doi: 10.1109/TII.2014.2327912.
• [13] Serkies P. J., Szabat K., Application of the MPC to the position control of the two-mass drive system, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 60 (2012), No. 9, 3679-3688, doi: 10.1109/TIE.2012.2208435.
• [14] Pajchrowski T., Siwek P., Wójcik A., Application of the Reinforcement Learning method for adaptive electric drive control with variable parameters, 2021 IEEE 19th International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), (2021), 687-694, 25-29 kwietnia, Gliwice, Polska, doi: 10.1109/PEMC48073.2021.9432592.
• [15] Zawiślak R., Weryfikacja wrażliwości obserwatora zredukowanego z kompensacją nieliniowości na niedokładną identyfikację parametrów silnika bezszczotkowego, Przegląd Elektrotechniczny, 7(2020), 97-102, doi:10.15199/48.2020.07.18
• [16]Szabat K., Orłowska-Kowalska T., Vibration suppression in a two-mass drive system using PI speed controller and additional feedbacks – comparative study, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 54 (2007), No. 2, 1193-1206
• [17]Yang X.-S., Nature-inspired optimization algorithms, Elsevier, (2014)
• [18] Knypiński Ł., Nowak L., Application of the Grey Wolf Algorithm for optimization of PM synchronous motor, 2019 19th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (ISEF), (2019), 1-2, Nancy Francja, 29-31 sierpnia, doi: 10.1109/ISEF45929.2019.9097055.
• [19] Cheng M.-Y., Prayogo D., Symbiotic Organisms Search: A newmetaheuristic optimization algorithm, Computers & Structures, 139 (2014), 98-112, doi: 10.1016/j.compstruc.2014.03.007
• [20] Tarczewski T., Grzesiak L. M., An application of novel nature inspired optimization algorithms to auto-tuning state feedback speed controller for pmsm, IEEE Transactions on Industry Applications, 54 (2018), No. 3, 2913-2925
• [21] Zawirski K., Nowopolski K., Siwek P., Application of cuckoo search algorithm for speed control optimization in two-sided electrical drive, IEEE 18th International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), (2018), 651-656

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).