Zagadnienia projektowania liniowego filtru Kalmana dla zaawansowanej struktury sterowania układu dwumasowego

• Autorzy: Serkies P. J.

Warianty tytułu

EN

Design of the Kalman filter for the advanced control structure of the two-mass system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z projektowaniem liniowego rozszerzonego filtru Kalmana estymującego zmienne stanu i wielkości układu napędowego z połączeniem sprężystym. We wstępie omówiono zagadnienia estymacji zmiennych stanu w nowoczesnych napędach elektrycznych. W kolejnych rozdziałach przedstawiono model rozpatrywanego napędu oraz analizowanego Filtru Kalmana. Następnie zaprezentowano metodę doboru współczynników macierzy kowariancji Q i R. W ramach badań sprawdzono odporność układu na niedokładność oszacowania parametrów. Badania symulacyjne zostały potwierdzone badaniami eksperymentalnymi.

EN

In the paper the issues related to the design of extended linear Kalman filter for the state variable estimation are presented. The original two-mass system state vector is extended by the load torque and its the first as well as the second derivatives. In the introduction the modern estimation method are described briefly. Next the considered model of the drive is presented. Then the applied procedure based on the global optimization technique is presented. The robustness of the designed Kalman filter to the variation of the value of the matrix Q is examined. The simulation study are confirmed by the experimental tests.

Słowa kluczowe

PL

estymacja zmiennych stanu; filtr Kalmana; napęd dwumasowy; sterowanie FDC

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 65, nr 31
• Strony: 341--354
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Serkies P. J.

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

Bibliografia

• [1] SZABAT K., Struktury sterowania elektrycznych układów napędowych z połączeniem sprężystym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej nr 61, Wrocław 2008.
• [2] HACE A., JEZERNIK K., SABANOVIC A., Improved Design of VSS Controller for a Linear Belt- Driven Servomechanism, IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, 2005, Vol. 10, No. 4, 385–390,
• [3] RYVKIN S., IZOSIMOV D., BAYDA S., Flex mechanical digital control design, Proceedings of IEEE International Conference on Industrial Technology, IEEE ICIT’03, 2003, Vol. 1, 298–302.
• [4] VAŠAK M., BAOTIĆ M., PETROVIĆ I., PERIĆ N., Hybrid Theory-Based Time-Optimal Control of an Electronic Throttle, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2007, Vol. 43, No. 3, 1483–1494.
• [5] VALENZUELA M.A., BENTLEY J.M., LORENZ R.D., Evaluation of Torsional Oscillations in Paper Machine Sections, IEEE Trans. on Industry Applications, 2005, Vol. 41, No. 2, 493–501.
• [6] HORI Y., SAWADA H., CHUN Y., Slow resonance ratio control for vibration suppression and disturbance rejection in torsional system, IEEE Trans. on Ind. Electronics, 1999, Vol. 46, No. 1, 162–168.
• [7] SERKIES P.J., SZABAT K., Predykcyjne sterowanie pozycją w napędzie elektrycznym z połączeniem sprężystym, Przegląd Elektrotechniczny, 2011, Vol. 87, No. 2.
• [8] MOLINAS M., SUUL J.A., UNDELAND T., Extending the Life of Gear Box in Wind Generators by Smoothing Transient Torque With STATCOM, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2010, Vol. 57, No. 2, 476–484.
• [9] GUZINSKI J., ABU-RUB, H., DIGUET M., KRZEMINSKI Z., LEWICKI A., Speed and Load Torque Observer Application in High-Speed Train Electric Drive, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2010, Vol. 57, No. 2, 565–574.
• [10] DIEULOT J.Y., COLAS F., Robust PID control of a linear mechanical axis: A case study, Mechatronics, 2009, Nol. 19, No. 2, 269–273.
• [11] SZABAT K., ORLOWSKA-KOWALSKA T., Vibration Suppression in Two-Mass Drive System using PI Speed Controller and Additional Feedbacks – Comparative Study, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2007, Vol. 54, No. 2, 1193–1206.
• [12] MUSZYNSKI R., DESKUR J., Damping of Torsional Vibrations in High-Dynamic Industrial Drives, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2010, Vol. 57, No. 2, 544–552.
• [13] ORŁOWSKA-KOWALSKA T., KAMINSKI M., SZABAT K., Implementation of the Sliding Mode Controller with an Integral Function and Fuzzy Gain Value for Electrical Drive with Elastic Joint, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, Vol. 57, No. 4, 1309–1317.
• [14] VASAK M., PERIC N., Stability analysis of a patched LQR control system for constrained multimass electrical drives, Przegląd Elektrotechniczny, 2009, Vol. 85, No. 7, 109–114.
• [15] CYCHOWSKI M., SZABAT K., Efficient real-time model predictive control of the drive system with elastic transmission, Control Theory & Applications, IET, 2010, Vol. 4, No. 1.
• [16] SZABAT K., SERKIES P.J., Zastosowanie sterowania predykcyjnego w napędzie elektrycznym, Przegląd Elektrotechniczny, 2010, Vol. 86, No. 2, 380–383.
• [17] DODDS S.J., SZABAT K., Forced Dynamic Control of Electric Drives with Vibration Modes in the Mechanical Load, 12th International Power Electronics and Motion Control Conference, 2006, EPE-PEMC 2006, 1245–1250.
• [18] YOSHIOKA Y., HANAMOTO T., Estimation of a Multimass System Using the LWTLS and a Coefficient Diagram for Vibration-Controller Design, IEEE Trans. on Industrial Applications, 2008, Vol. 44, No. 2, 566–574.
• [19] ORLOWSKA-KOWALSKA T., SZABAT K., Neural-Network Application for Mechanical Variables Estimation of a Two-Mass Drive System, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2007, Vol. 54, No. 3, 1352–1364.
• [20] SZABAT K., ORLOWSKA-KOWALSKA T., Performance Improvement of Industrial Drives with Mechanical Elasticity Using Nonlinear Adaptive Kalman Filter, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2008, Vol. 55, No. 3, 1075–1084.
• [21] ERENTURK K., Gray-fuzzy control of a nonlinear two-mass system, Journal of the Franklin Institute, 2010, Vol. 347, No. 7, 1171–1185.
• [22] LEONAND A.E., SOLSONA J.A., On state estimation in electric drives, Energy Conversion and Management, 2010, Vol. 51, No. 3, 600–605.
• [23] KAMIŃSKI M., Implementacja neuronowego estymatora prędkości napędu dwumasowego w układzie FPGA, Przegląd Elektrotechniczny, 2010, Vol. 86, No. 2, 225–230.