Electronic system and signal processing in torque-meter interface of switched reluctance motor drive laboratory test bench

• Autorzy: Fabiański Bogdan , Pajchrowski Tomasz , Zawirski Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.11.11

Warianty tytułu

PL

Układ elektroniczny i przetwarzanie sygnału w interfejsie miernika momentu obrotowego w stanowisku badawczym laboratoryjnym napędu silnika reluktancyjnego przełączanego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article aims to present – from a functional point of view – the key solutions of an automated laboratory stand for testing a switched reluctance motor drive. Particular emphasis was placed on one of the proprietary modules of this stand: the dedicated interface of the FUTEK TRS705 torque meter. In this respect, the physical layer and the most important algorithms are discussed. The concept of building a research test bench that will be able to collect information about the basic relationships of a given specimen in an automated and – at the same time – in precise manner is important since fundamental phenomena: generation of electromagnetic torque and an electromotive force are characterized by significant nonlinearities that must be taken into account in the motor models. Hence the issues presented in the article (precise, open torque meter interface) can be considered and useful in a much broader (generic) context, constituting a contribution to solutions in electric drive. The presented methods and system solutions were verified experimentally along with the final presentation of the results of the station operation.

PL

Artykuł ma na celu przedstawienie -- z funkcjonalnego punktu widzenia -- kluczowych rozwiązań zautomatyzowanego stanowiska laboratoryjnego do badania silnika reluktancyjnego przełączalnego. Szczególny nacisk położono na jeden z autorskich modułów tego stanowiska tj. dedykowany interfejs momentomierza przelotowego marki FUTEK TRS705. W tym zakresie omówiono warstwę fizyczną, jak i najważniejsze algorytmy zaimplementowane w programie systemu wbudowanego. Koncepcja opisywanej budowy stanowiska badawczego, które w sposób zautomatyzowany i zarazem precyzyjny będzie mogło zebrać informacje o podstawowych relacjach danego egzemplarza silnika jest bardzo istotna z perspektywy rozwoju algorytmów sterowania -- w szczególności tych wykorzystujących model referencyjny. Fundamentalne zjawiska: generowania momentu elektromagnetycznego oraz wytwarzania siły elektromotorycznej charakteryzują się w silniku SRM istotnymi nieliniowościami, które powinny być uwzględnione w jego modelach obwodowych. Stąd, przedstawione w artykule zagadnienia mogą być rozpatrywane i użyteczne w znacznie szerszym kontekście. Co istotne, przedstawione metody i rozwiązania układowe zweryfikowano eksperymentalnie wraz z końcowym przedstawieniem rezultatów działania stanowiska.

Słowa kluczowe

EN

electric drive; SRM; laboratory test bench; torque meter interface; electronic design; signal processing

PL

napęd elektryczny; SRM; stanowisko badawcze; interfejs momentomierza; przetwarzanie sygnałów

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 11
• Strony: 59--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Fabiański Bogdan

• Poznan University of Technology – Institute of Robotics and Machine Intelligence

• https://orcid.org/0000-0001-5852-8674

autor

Pajchrowski Tomasz

• Poznan University of Technology – Institute of Robotics and Machine Intelligence

• https://orcid.org/0000-0002-0002-7161

autor

Zawirski Krzysztof

• Academy of Applied Sciences in Pila

• https://orcid.org/0000-0003-4401-5880

Bibliografia

• [1] R. Krishnan, “Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation, Analysis, Design, and Applications”. CRC Press, Dec. 2017, google-Books-ID: plBgngEACAAJ.
• [2] P. Bogusz, M. Korkosz, A. Mazurkiewicz, and J. Prokop, “Modelowanie maszyny SRM jako układu o zmiennych indukcyjnościach przy użyciu programu PSpice”, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały, vol. 66, no. nr 32, t. 1, pp. 196–202, 2012
• [3] J. Prokop and P. Bogusz, “Analiza właściwości dynamicznych silników reluktancyjnych przełączalnych w systemie MATLAB/SIMULINK”, Przegląd Elektrotechniczny, vol. nr 5, pp. 119–124, 2000
• [4] A. Maciejuk and J. Deskur, “Simple Models of Switched Reluctance Motors for Fast Simulation and Real-Time Control Application”, EPNC 2004: 18 Symposium, Poznań, Poland, June 28-30, 2004
• [5] B. Fabianski and K. Zawirski, “Parameter adaptation of simplified switched reluctance motor model using Newton and GaussNewton signal fitting methods”, COMPEL - The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, vol. 36, no. 3, pp. 602– 618, 2017
• [6] B. Fabiański and K. Zawirski, “Simplified model of Switched Reluctance Motor for real-time calculations”, Przegląd Elektrotechniczny, vol. R. 92, nr 7, 2016
• [7] I. Husain and S. Hossain, “Modeling, Simulation, and control of switched reluctance motor drives”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, no. 6, pp. 1625–1634, Dec. 2005, conference Name: IEEE Transactions on Industrial Electronics.
• [8] J. Prokop, “Kompleksowe modelowanie silników reluktancyjnych przełączalnych w systemie MATLAB/MAPLE”, Przegląd Elektrotechniczny, vol. R. 77, nr 7-8, pp. 191–196, 2001
• [9] M. Kowol, P. Mynarek, and D. Mroczen, “Model matematyczny przełączalnego silnika reluktancyjnego do analizy stanów dynamicznych”, Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe, vol. Nr 88, pp. 7–11, 2010
• [10] “Non-Contact Shaft-to-Shaft Rotary Torque Sensor with Encoder TRS705 : FSH02564.” [Online]. Available: https://www.futek.com/store/torque-sensors/shaft-to-shaftrotarytorque- sensors/non-contact-shaft-to-shaft-rotaryencoder- TRS705/FSH02564
• [11] B. Fabiański, K. Zawirski, and T. Pajchrowski, “Zautomatyzowane stanowisko laboratoryjne do precyzyjnego wyznaczania kątowego rozkładu indukcyjności uzwojenia pasma silnika reluktancyjnego przełączalnego” Przegląd Elektrotechniczny, vol. 99, no. 5, pp. 161 – 170, 2023
• [12] T. Pajchrowski, B. Fabiański, and K. Zawirski, “Precyzyjne wyznaczanie rozkładu kątowego indukcyjności uzwojenia silnika reluktancyjnego przełączalnego z wykorzystaniem dedykowanego, zautomatyzowanego stanowiska laboratoryjnego”, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 99, no. 5, pp. 177 – 183, 2023
• [13] “LT3032 Series - Dual 150mA Positive/Negative Low Noise Low Dropout Linear Regulator”
• [14] “LFXX-Very lowdrop voltage regulator with inhibit - STM.” [Online]. Available: https://www.st.com/en/powermanagement/ lfxx.html
• [15] “AD5200 Datasheet and Product Info | Analog Devices.” [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/ad5200. html
• [16] “PESD2V5Y1BSF - Extremely low capacitance bidirectional ESD protection diode.” [Online]. Available: https://www. nexperia.com/product/PESD2V5Y1BSF
• [17] “OPA202 | Buy TI Parts | TI.com.” [Online]. Available: https: //www.ti.com/product/OPA202/part-details/OPA202IDBVR
• [18] Z. Xia, G. Fang, D. Xiao, A. Emadi, and B. Bilgin, “An Online Torque Sharing Function Method Involving Current Dynamics for Switched Reluctance Motor Drives,” IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 9, no. 1, pp. 534–548, Mar. 2023, conference Name: IEEE Transactions on Transportation Electrification.
• [19] X. Sun, X. Tang, X. Tian, G. Lei, Y. Guo, and J. Zhu, “Sensorless Control With Fault-Tolerant Ability for Switched Reluctance Motors,” IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 37, no. 2, pp. 1272–1281, Jun. 2022, conference Name: IEEE Transactions on Energy Conversion
• [20] “SRMd – google drive.” [Online]. Available: https://drive.google.com/drive/folders/1RyXi_ h28BUn5Heiu7- rvqOtmGngrjEuK?hl=pl

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).