Porównanie jakości estymacji zmiennych stanu i parametru układu dwumasowego przez rozmyte filtry Kalmana o statycznej i dynamicznej adaptacji wybranego współczynnika

• Autorzy: Dróżdż K.

Warianty tytułu

EN

Comparison of an estimation quality of state variables and a parameter of the two-mass system by fuzzy Kalman filters with a static and dynamic adaptation of a selected coefficient

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z porównaniem jakości estymacji zmiennych stanu i parametru układu dwumasowego przez rozmyte filtry Kalmana o statycznej i dynamicznej adaptacji współczynnika q55 macierzy kowariancji zakłóceń zmiennych stanu Q. W badaniach wykorzystano strukturę sterowania adaptacyjnego z dwoma dodatkowymi sprzężeniami zwrotnymi od momentu skrętnego i różnicy prędkości oraz pomocniczym sprzężeniem zwrotnym od momentu obciążenia. Obserwatory oparte na teorii filtru Kalmana testowano symulacyjnie w zamkniętej strukturze regulacji. W celu uzyskania statycznej i dynamicznej adaptacji zastosowano zaprojektowane systemy rozmyte. Proces statycznej adaptacji współczynnika q55 bazował na aktualnej estymowanej wartości stałej czasowej maszyny roboczej T2e. W przypadku dynamicznej adaptacji rozszerzono wejścia systemu rozmytego o przetworzony sygnał modułu różnicy pomiędzy momentem elektromagnetycznym i estymowanym momentem skrętnym. Sygnał ten niesie informację o aktualnym stanie sterowanego obiektu (statyczny lub dynamiczny). Wyniki badań wskazują na prawidłową pracę struktury sterowania w przypadku zastosowania obu rodzajów adaptacji wybranego współczynnika.

EN

In this paper issues related to a comparison of an estimation quality of state variables and a parameter of the two-mass system by fuzzy Kalman filters with static and dynamic adaptation of the q55 coefficient of the covariance matrix Q are presented. In the research an adaptive control structure with two additional feedbacks from a shaft torque, a speed difference and an auxiliary feedback from a load torque has been used. The observers based on Kalman filter theory have been tested by simulations in the closed-loop control structure. In order to obtain the static and dynamic adaptation designed fuzzy systems have been used. The static adaptation process of the q55 coefficient is based on a current value of a mechanical time constant of a load machine T2e. In case of dynamic adaptation an input vector of the fuzzy system has been extended by processed signal which is calculated as an absolute value of a difference between an electromagnetic torque and estimated shaft torque. This signal contains an information about a current state of the controlled object (static or dynamic). Presented results have proved correct operation of the drive control structure in the both adaptation cases.

Słowa kluczowe

PL

estymacja; filtr Kalmana; układ dwumasowy; tłumienie drgań

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 70, nr 34
• Strony: 246--259
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dróżdż K.

• Instytut Maszyn Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, ul. Smoluchowskiego 19, 50-372 Wrocław

Bibliografia

• [1] BROCK S., DESKUR J., JANISZEWSKI D., MUSZYŃSKI R., Active damping of torsional vibrations in servodrives, Power Electronics and Electrical Drives. Selected Problems, Polish Academy of Sciences Electrical Engineering Committee, Ed. by Teresa Orlowska-Kowalska, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007, 271–290.
• [2] CARRIERE S., CAUX S., FADEL M., Velocity sensorless control of a PMSM actuator directly driven an uncertain two-mass system using RKF tuned with an evolutionary algorithm, 14th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010, T5-213– T5-220.
• [3] DE LUCA A., SCHRODER D., THUMMEL M., An Acceleration-based State Observer for Robot Manipulators with Elastic Joints, IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2007, 3817–3823.
• [4] DROZDZ K., JANISZEWSKI D., SZABAT K., Application of fuzzy Kalman filter in adaptive control structure of two-mass system, 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition (PEMC), 2014, 575–578.
• [5] DRÓŻDŻ K., SZABAT K., Adaptacyjne sterowanie układu dwumasowego z wykorzystaniem rozmytego filtru Kalmana, Przegląd Elektrotechniczny, nr 6, 2014, 40–44.
• [6] JANISZEWSKI D., Sensorless control of Permanent Magnet Synchronous Motor based on Unscented Kalman Filter, International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), 2011, 1–6.
• [7] KAMIŃSKI M., Adaptacyjny-neuronowy obserwator Luenbergera zastosowany w estymacji zmiennych stanu układu dwumasowego, Przegląd Elektrotechniczny, nr 6, 2010, 79–82.
• [8] KAMIŃSKI M., Estymacja zmiennych stanu układu dwumasowego za pomocą modeli neuronowych, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 69, Seria: Studia i Materiały, Nr 33, Oficyna Wydawnicza PWr., Wrocław 2013, 222–238.
• [9] KAMIŃSKI M., TRAN VAN T., SZABAT K., Rozmyte estymatory mechanicznych zmiennych stanu układu napędowego z połączeniem sprężystym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 65, Seria: Studia i Materiały, Nr 25, Oficyna Wydawnicza PWr., Wrocław 2011, 211–221.
• [10] KNYCHAS S., Adaptacyjne sterowanie układu dwumasowego z połączeniem sprężystym z wykorzystaniem regulatorów neuronowo-rozmytych, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 65, Seria: Studia i Materiały, Nr 31, Oficyna Wydawnicza PWr., Wrocław 2011, 282–293.
• [11] ORLOWSKA-KOWALSKA T., KAMINSKI M., FPGA implementation of the multilayer neural network for the speed estimation of the two-mass drive system, IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 7, Iss. 3, 2011, 436–445.
• [12] SERKIES P., SZABAT K., Estimation of the state variables of the two-mass system using fuzzy Kalman filter, IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), 2013, 1–6.
• [13] SZABAT K., Direct and indirect adaptive control of a two-mass drive system – a comparison, IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2008), 2008, 564–569.
• [14] SZABAT K., Struktury sterowania elektrycznych układów napędowych z połączeniem sprężystym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 61, Seria: Monografie, Nr 19, Oficyna Wydawnicza PWr., Wrocław 2008.
• [15] SZABAT K., ORLOWSKA-KOWALSKA T., Performance improvement of industrial drives with mechanical elasticity using nonlinear adaptive Kalman filter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, Iss. 3, 2008, 1075–1084.
• [16] ZOUBEK H., PACAS M., Two steps towards speed estimation and encoderless identification of two-mass-systems with extended speed adaptive observer structure, IECON 2011 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, 2011, 2072–2077.