Porównanie wybranych algorytmów estymacji zmiennych stanu napędu dwumasowego

• Autorzy: Serkies Piotr , Szabat Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.04.04

Warianty tytułu

EN

Comparison of selected state variable estimation algorithms in dual-mass drive

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W referacie przedstawiono analizę porównawczą wybranych metod estymacji mechanicznych zmiennych stanu napędu elektrycznego z połączeniem elastycznym. We wstępie przedstawiono krótko problematykę sterowania napędami dwumasowymi oraz scharakteryzowano metody estymacji niedostępnych pomiarowo zmiennych stanu. W kolejnym rozdziale przedstawiono model matematyczny obiektu badań oraz strukturę sterowania. Następnie w trzech następnych rozdziałach przedstawiono wybrane do badań algorytmu estymacji: Obserwator Luenbergera, Filtr Kalmana oraz estymator z ruchomym oknem. W kolejnych rozdziałach przedstawiono symulacyjne i eksperymentalne wyniki porównawcze obrazujące jakość estymacji w różnych stanach pracy. Całość pracy podsumowano w ostatnim rozdziale.

EN

The paper presents a comparative analysis of selected methods of estimating the mechanical state variables of an electric drive with a flexible joint. In the introduction, the issues of controlling dual mass drives are briefly presented and the methods of estimating the state variables that are not available in measurement are characterized. The next chapter presents the mathematical model of the research object and the control structure. Then, the next three chapters present the estimation algorithm selected for research: Luenberger Observer, Kalman Filter and the estimator with a moving window. The following chapters present simulation and experimental comparative results showing the quality of estimation in various operating states. The work is summarized in the last chapter.

Słowa kluczowe

PL

estymator z ruchomym oknem; napęd z połączeniem sprężystym; estymacja zmiennych stanu

EN

moving horizon estimation; drive with elastic coupling; mechanical state estimation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 4
• Strony: 16--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Serkies Piotr

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

• https://orcid.org/0000-0002-2990-6266

autor

Szabat Krzysztof

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

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

Bibliografia

• [1] Zhang G., Furusho J., " Speed control of two-inertia system by PI/PID control," IEEE Transactions on Industrial Electronics , vol. 47, no. 3, pp. 603-609, 2000.
• [2] SZABAT K, Struktury sterowania elektrycznych układów napędowych z połączeniem sprężystym. Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej nr 61, Wrocław 2008.
• [3] Buja G.S., Menis R., Valla M.I., "Disturbance Torque Estimation In A Sensorless Dc Drive," IEEE Transaction On Industrial Electronic, vol. 42, no. 4, pp. 351-357, 1995.
• [4] Sugiura K., Hori Y., "Vibration Suppression In 2- And 3-Mass System Based On The Feedback Of Imperfect Derivative Of The Estimated Torsional Torque," IEEE Transaction On Industrial Electronics, vol. 43, no. 2, pp. 56-64, 1996.
• [5] Pacas J., John A., Eutebach T., "Automatic identification and damping of torsional vibrations in high-dynamic-drives," in IEEE Internat. Symp. on Industrial Electronics ISIE, Pueblo, 2000.
• [6] Serkies P., Szabat K., Dodds S., Sterowanie napędem dwumasowym bazujące na metodzie FDC z ograniczeniami zmiennych stanu, Przegląd Elektrotechniczny 89 (2013), no.12, 60-63.
• [7] Vittek J., Ryvkin S., Decomposed sliding mode control of the drive with interior permanent magnet synchronous motor and flexible coupling, Mathematical Problems in Engineering 2013.
• [8] Knychas S. Szabat K., Adaptacyjny układ sterowania z rekurencyjnymi regulatorami rozmytymi dla układu napędowego o zmiennych parametrach, Przegląd Elektrotechniczny 89 (2013), 6, 155-158.
• [9] Serkies P., Szabat K., “Application of the MPC controller to the Position Control of the Two-Mass Drive System”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol 60 (2013) no. 9, 3679–3688.
• [10] C.Wang, M. Yang, W. Zheng, J. Long, D.Xu, “Vibration Suppression with Shaft Torque Limitation Using Explicit MPC-PI Switching Control in elastic drive systems” Trans. on Industrial Electronics Vol. pp., No., pp Early Access
• [11] Tran Van T., Analiza właściwości dynamicznych obserwatora Luenbergera dla układu napędowego z połączeniem sprężystym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały. 2011, nr 31, s. 366-377.
• [12] Caux S., Carriere S., Fadel M., Sareni B., Motion Control of Elastic Joint Based on Kalman Optimization with Evolutionary Algorithm, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2009. IAS 2009.
• [13] Orlowska-Kowalska T., Kaminski M., “Application of the OBDmethod for optimization of neural state variable estimators of the two-mass drive system”, Neurocomputing, 72 2009), 13–15, 3034-3045.
• [14] Kaminski M., Orlowska-Kowalska T., FPGA realization of theneural speed estimator for the drive system with elastic coupling, 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, 2009. IECON'09.
• [15] Kamiński M., Tran-Van T., Szabat K., Optymalizacja struktur neuronowo-rozmytych estymatorów zmiennych stanu układu dwumasowego, Przegląd Elektrotechniczny 87 (2013).
• [16] 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. Studia i Materiały. 2011, nr 31, s. 211-221.
• [17] Szabat K., Tran-Va T., Kaminski M., A Modyfied Fuzzy Luenberger Observer For a Two-Mass Drive System, IEEE Trans. on Industrial Informatics Early Access
• [18] Serkies P., Szabat K., Fuzzy adaptive Kalman filter for the drive system with an elastic coupling, Archives of Electrical Engineering 62 (2013) 2, 251-265.
• [19] Szabat K., Orlowska-Kowalska T., Application of the Kalmanfilters to the high-performance drive system with elastic coupling, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 59 (2012), 11 4226-4235.
• [20] Zawiślak R., Weryfikacja wrażliwości obserwatora zredukowanego z kompensacją nieliniowości na niedokładną identyfikację parametrów silnika bezszczotkowego, Przegląd Elektrotechniczny, 2020, R. 96, nr 7, s. 97-102.
• [21] Dróżdż K. Zastosowanie zmodyfikowanego rozmytego filtru Kalmana w sterowaniu adaptacyjnym układu dwumasowego. Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering. 2015, nr 84, s. 63-70.
• [22] Serkies P., Szabat K., Zastosowanie obserwatorów z ruchomym oknem MHE do estymacji zmiennych stanu napędu z połączeniem sprężystym, Przegląd Elektrotechniczny. 2015, R. 91, nr 2, s. 175-178.
• [23] Rao C. V., Rawlings J. B., Lee J. H., Constrained linear state estimation—a moving horizon approach. Automatica 37 (2001) 10, 1619-1628.
• [24] Sui D. Johansen T. A. Feng L., Linear moving horizon estimation with pre-estimating observer. IEEE Trans. on Automatic Control, 55 (2010) 10, 2363-2368.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).