The main purpose of this study was to describe a parameter tuning of PI speed controller when the speed is determined by differentiating the position. In the first part three methods of speed calculation was selected: moving average, low pass filter, and smooth derivative with FIR filter. Dynamic and static properties of presented methods were compared through simulation studies. The results can be helpful in choosing method for estimation the speed of the direct drive, especially for very low speeds. In the second part the relationship between the degree of smooth filter and controller setting is analysed. Simulation results show that the proposed control approach can provide good dynamic of the drive.
PL
W pracy przedstawiono dobór parametrów regulatora prędkości typu PI w uk ładzie sterowania, w którym sygnał prędkości jest wyznaczany poprzez różniczkowanie sygnału położenia. W pierwszej części wybrano trzy metody wyznaczania sygnału prędkości: ruchoma średnia, filtr dolno-przepustowy, oraz gładka metoda różniczkowania z filtrem FIR. Na drodze badań symulacyjnych porównano właściwości dynamiczne i statyczne zaprezentowanych metod. Zaprezentowane wyniki mogą być pomocą w wyborze metody wyznaczania prędkości, szczególnie w zakresie bardzo niskich prędkości obrotowych. W drugiej części pracy przeanalizowano zależność nastaw regulatora prędkości od stopnia filtru wygładzającego. Wyniki badań symulacyjnych wskazują, że zaproponowane podejście zapewnia uzyskanie dobrych właściwości dynamicznych napędu.
Praca przedstawia ogólny opis dotyczący projektowania zrobotyzowanego montażu teleskopu astronomicznego klasy 0,5 m. Scharakteryzowano strukturę mechaniczną i elektryczną urządzenia oraz jego elementy pomiarowe. Następnie przedstawiono algorytm sterowania osią wykorzystujący aktywną kompensację zakłócenia. Wyniki śledzenia trajektorii złącza obrotowego zbadano eksperymentalnie również w odniesieniu do przestrzeni zewnętrznej.
EN
In this paper, a short description of a robotised mount of the 0.5 m class astronomical telescope is provided. Mechanical and electrical parts of the mount and its measuring system are discussed. Next, an algorithm designed for motion control which is based on the active disturbance rejection paradigm is considered. In order to illustrate the performance of the closed-loop system, experimental results of trajectory tracking in the joint and the task spaces are compared.
W pracy przedstawiono konstrukcję prototypu oryginalnego trójkołowego pojazdu napędzanego pedałami ze wspomaganiem elektrycznym, bez sprzężenia mechanicznego korby pedałów z kołami. Każde z kół pojazdu jest napędzane przez bezszczotkowy silnik elektryczny (BLDC). Pedały napędzają generator, który ładuje baterię akumulatorów. Zaprojektowany został układ dystrybucji energii, zapewniający bezpieczne zachowanie się napędów pojazdu w warunkach awaryjnych. Zaprojektowane i zbudowane zostały centralny układ sterowania oraz dedykowane przekształtniki energoelektroniczne, a całość komunikacji odbywa się z wykorzystaniem protokołu CAN-open. Jako jednostkę sterującą zastosowano układ STM32F407, który pełni rolę sterownika we wszystkich podsystemach pojazdu. Prędkość pojazdu jest proporcjonalna, z nastawianym współczynnikiem, do prędkości pedałowania, natomiast moc dostarczana do silników poszczególnych kół jest odpowiednio większa od mocy generowanej przez rowerzystę. Dużą uwagę zwrócono na ergonomiczne właściwości układu napędowego, dopasowując charakterystykę momentu oporowego generatora do naturalnej charakterystyki pedałowania. W ten sposób układ napędowy zachowuje się analogicznie do klasycznego roweru mechanicznego.
EN
The paper presents the construction of a prototype of an original three-wheeled electrically powered vehicle. The vehicle is driven by pedals without mechanical coupling of the crank handle with the wheels. Each of the vehicles wheels is driven by a brushless electric motor (BLDC). The pedals drive a generat or that charges the battery. The power distribution system has been designed to ensure the safe behaviour of the vehicle's drives under emergency conditions. The central control system and dedicated power electronic converters have been designed and built, and all communicationis performed using the CAN-open protocol. STM32F407 is used as the control unit for all subsystems. Thespeed of the vehicle is proportional to the pedalling speed, with a variable factor, and the power supplied to the motors of the individual wheels is correspondingly higher than the cycling power. Considerable attention was paid to the ergonomic characteristics of the drive unit, adjusting the torque characteristics of the generator to the natural characteristics of the pedal system. In this way, the drive system behaves similarly to a classic mechanical bike.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono aplikację sterowania ślizgowego o skończonym czasie trwania, nazywanego terminalnym sterowaniem ślizgowym, do napędu bezpośredniego. Zaproponowano modyfikacje prawa sterowania, umożliwiające zastosowanie terminalnego ruchu ślizgowego także w przypadku obiektów z opóźnieniem w torze sterowania. Rozważania teoretyczne zostały zweryfikowane w trakcie badań symulacyjnych z wykorzystaniem dokładnego modelu napędu bezpośredniego o złożonej strukturze mechanicznej.
EN
The paper presents a terminal sliding mode control application for direct drive. A modified terminal sliding control law is proposed for a system with delays and unmodeled dynamics. Theoretical considerations were verified during simulation tests using an accurate direct drive model with a complex mechanical structure.
W pracy przedstawiono koncepcję, projekt i wyniki badań laboratoryjnych układu do pomiaru drgań w napędzie bezpośrednim. W konstrukcji układu wykorzystano wykonane w technologii MEMS akcelerometr i żyroskop (zawarte w układzie scalonym LSM9DS0). Algorytm wykorzystanego do fuzji sygnałów filtru komplementarnego został zaimplementowany na procesorze STM-32. Przeprowadzone zostały testy dla wybranych nastaw filtru komplementarnego. Wyniki badań potwierdziły poprawność przyjętych rozwiązań.
EN
The paper presents the concept, design and results of laboratory tests for the measurement of vibrations in the direct drive. In the system accelerometer and gyroscope MEMS (included in the chip LSM9DS0) has been used. The complementary filter algorithm, used for fusions of the signals, has been implemented on the STM-32 microcontroller. Tests were conducted for the selected complementary filter settings. The results confirmed the appropriateness of the solutions.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Control system for a variable inertia drive based on a hybrid P–PI sliding mode controller and reference trajectory generator is described in this paper. Sliding mode block with boundary layer (active for large error values) and the P–PI block (active for small error values) are combined in one controller. Simulation results show that this control approach can decrease tracking error, enhance system robustness and attenuate high frequency chattering in the control signal. The results of simulation are confirmed by experimental studies.
PL
W artykule przedstawiono układ sterowania dla napędu o zmiennej bezwładności. W układzie tym zaproponowano generator trajektorii wzorcowej oraz hybrydowy regulator położenia i prędkości. W regulatorze połączono blok regulatora ślizgowego z warstwą graniczną (aktywny dla dużych wartości uchybu) z blokiem P–PI (aktywnym dla małych wartości uchybu). Badania symulacyjne wykazały, że takie podejście zmniejsza błędy śledzenia, poprawia odporność i eliminuje szybkie oscylacje sygnału sterującego. Badania eksperymentalne potwierdziły wyniki.
Various mechanical systems are characterized with flexible joints. Exemplary this class of systems are the conveyers motors, the industrial robots and the cranes. The mechanical properties of those objects can be approximated by two-mass system. The paper presents the time-optimal input shaping methods for two-mass system. The control signal has to reach the set value of displacement in the shortest time, without of rising the mechanical oscillations. It was established, that the summary moment of inertia is constant, but division of mass is changing. For this case robustness for wide range of parameters deviations was analyzed. The model included PMSM motor with limited dynamics of current regulation. The research were conducted in Matlab/Simulink enviroment.
The paper presents the problem of sensorless control of a permanent magnets synchronous motor (PMSM) without a damping cage for fan applications. Frequency control was used according to the principle of v/f = const. In order to reduce the power consumption of the drive system, the optimal voltage to the motor frequency characteristics was tested in the laboratory. The experimental studies was performed on a laboratory set of a drive consisting of two coupled PMSM machines, where one machine was supplied by a transistor inverter and the other was a passive load. A new criterion based on minimizing the module of stator current vector was proposed and an optimization algorithm in steady states was tested. The results of laboratory tests confirmed the validity of the applied solution for the fan drive.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przeanalizowano wpływ składowych tętniących momentu elektromagnetycznego wytwarzanego przez silnik synchroniczny o magnesach trwałych na dokładność pracy napędu bezpośredniego. W pierwszej części zaproponowano praktyczną metodę identyfikacji tych składowych momentu silnika. Testy prowadzone są w zamkniętym układzie regulacji. W drugiej części przedstawiono metodę kompensacji, skutecznie zmniejszającą tętnienia prędkości obrotowej napędu. Kompensacja ta polega na zadawaniu dodatkowej składowej prądu w osi q silnika.
EN
In the paper the influence of the electromagnetic torque ripple produced by a permanent magnets synchronous motor for precision direct drive operation is analyzed. In the first part the practical method of identifying those components of the motor torque is proposed. Tests are carried out in a closed loop control system. The next part presents a method of compensation effectively reduces the ripple of the speed. In the compensation block is calculated the additional reference component of the current in the q-axis.
W artykule przedstawiono problem bezczujnikowego sterowania częstotliwościowego według zasady u/f silnika synchronicznego o magnesach trwałych bez klatki tłumiącej, dla napędu wentylatora. W celu zmniejszenia poboru mocy przez układ napędowy wyznaczono na stanowisku laboratoryjnym optymalne charakterystyki napięcia w funkcji częstotliwości silnika. Badania przeprowadzono na zestawie napędowym składającym się z sprzęgniętych dwóch maszyn PMSM, gdzie jedna maszyna była zasilona z tranzystorowego przekształtnika energoelektronicznego, a druga stanowiła obciążenie bierne. Zaproponowano nowe kryterium minimalizacji na podstawie modułu wektora prądu stojana silnika i zbadano algorytm optymalizacji w stanach ustalonych. Przedstawione wyniki laboratoryjne potwierdzają słuszność zastosowanego rozwiązania dla napędu wentylatora.
EN
The article presents the problem of sensor less frequency control of synchronous permanent magnets motor without damping cage by the principle of v/f , to drive the fan. In order to reduce power consumption of the drive system in the laboratory the optimal voltage to the motor frequency characteristics were determined. The study was conducted on a laboratory set-up consisting of two coupled PMSM machines where one machine was supplied by a transistor inverter, and the other was a passive load. A new criterion based on minimizing of the stator current vector module was proposed and optimization algorithm in steady states was tested. The lab results confirm the validity of the solution to drive the fan.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with the problem of V/f control of a Permanent Magnet Synchronous Motor without winding dumper for fan applications. Based on stability analysis, an additional stabilizing loop is introduced. Voltage optimization was carried out in order to minimize the input power of PMSM. Simulation results confirmed the validity of the applied solution for fan applications.
PL
W artykule przedstawiono problem sterowania silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych bez klatki tłumiącej według zasady V/f dla napędu wentylatora. Przedstawiono analizę stabilności i dodano dodatkową pętlę stabilizującą prędkość obrotową. Przeprowadzono optymalizację napięcia w celu zminimalizowania energii pobranej przez silnik PMSM. Wyniki symulacyjne potwierdzają słuszność zastosowanej metody dla napędu wentylatorowego.
The paper deals with the problem of V/f control of a Permanent Magnet Synchronous Motor without winding dumper for fan applications. Based on stability analysis, an additional stabilizing loop is introduced. Voltage optimization was carried out in order to minimize the input power of PMSM. Simulation results confirmed the validity of the applied solution for fan applications.
W artykule przedstawiono analizę stabilności pracy napędu wentylatora z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi (PMSM) w otwartym układzie sterowania. Przekształcono standardowe równania w układzie wirującym skojarzonym z wirnikiem silnika PMSM do układu skojarzonego z napięciem stojana. Następnie przeprowadzono linearyzację w punkcie pracy i analizę stabilności dla szerokiego zakresu prędkości. Wykazano, że napęd wentylatora z silnikiem PMSM w układzie otwartym pracuje niestabilnie. Wyniki analizy umożliwiły formalną redukcję rzędu układu, co umożliwia syntezę sprzężeń stabilizujących.
EN
The analysis of the stability of the fan drive with permanent magnet synchronous motor (PMSM) in the open V/f control system is presented in the article. Standard equations of PMSM in rotor-fix axis are transformed into stator voltage-fix axis. The linearization is proposed in the operating point and the analysis of stability for the wide range of the speed is made. It is showed that the fan drive with permanent magnet synchronous motor in open loop control system works unstable. The analyze made possible the formal reduction of the rang of state equation. Later the synthesis of stabilize feedback will be proposed.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono dyskretną implementację układu sterowania ślizgowego dla napędu bezpośredniego z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi. Dla wyeliminowania szybkich przełączeń zastosowano strefę graniczną, a dodatkowy człon całkujący eliminuje uchyb ustalony. W pracy przedstawiono zasady doboru nastaw regulatora dla zmiennych parametrów układu. Rozważania teoretyczne zilustrowano badaniami symulacyjnymi.
EN
This paper focuses on the discrete implementation of the sliding mode controller to direct drive with permanent magnet synchronous motor. To avoid the chattering the boundary layer is used. Additional integrator is used to eliminate steady state errors. The tuning method for variable system parameters is presented. Simulation results show that the control approach can decrease the tracking error, enhance the system's robustness and attenuate high frequency chattering in the control signal.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono praktyczną metodę identyfikacji parametrów uproszczonego modelu tarcia w serwonapędzie. Metoda polega na wymuszaniu sinusoidalnej zmiany położenia i rejestrowaniu położenia oraz zadawanego momentu silnika. Na tej podstawie obliczane są współczynnik tarcia wiskotycznego oraz Coulombowski moment tarcia. Przeprowadzone zostały badania symulacyjne oceniające dokładność metody oraz badania eksperymentalne dla napędu bezpośredniego z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi.
EN
This paper describes a practical approach to the Coulomb friction including viscous damping identification. The presented methods use sinusoidal position reference inputs. The position and torque reference input are recorded and used off-line. The performance of the proposed method is demonstrated through some simulation and experimental results for PMSM direct drive.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper describes a control system for a direct drive with permanent magnet synchronous motor based on a sliding mode controller and PI equivalent disturbance estimator. The double boundary layer is used to compensate the effect of stiction. The friction model is Coulomb friction with a large static friction effect. Experimental results show that the control approach can decrease the tracking error, enhance the system's robustness and attenuate high frequency chattering in the control signal.
PL
W artykule przedstawiono algorytm sterowania dla napędu bezpośredniego z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych. Algorytm wykorzystuje regulator z ruchem ślizgowym i estymator ekwiwalentnego zakłócenia typu PI. Dla kompensacji tarcia spoczynkowego wykorzystano podwójną warstwę graniczną. Wyniki badań laboratoryjnych wykazują, ze zaproponowane podejście zmniejsza błędy śledzenia, zwiększa odporność systemu i jednocześnie eliminuje oscylacje wysokiej częstotliwości w sygnale sterującym.
In the paper selected methods of speed measurement for Switched Reluctance Motor (SRM) were analysed. Two different measurement systems were taken into account: one with low another with high resolution sensor. A compensation of errors of low resolution sensor (LRS) was proposed. Different speed measurement methods: M, T, M/T with constant and variable steps were compared. Results of theoretical analysis were validated by laboratory experiment.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The rotor speed and position control of a switched reluctance motor (SRM) needs an encoder or resolver to obtain information about the rotor position. These sensors may deteriorate in harsh environments, and increase the size and cost of the drive. This paper presents an evaluation of the sliding-mode observer to estimate a switched reluctance motor speed and rotor position. A new concept of observer based on a simple but quite accurate model of SRM has been proposed. A non-linear model of SRM is used and a computer simulation is developed based on data from an experimental motor system. The implication of discrete-time implementation with various sample rates was examined.
PL
Dla poprawnej pracy układu sterowania przełączalnego silnika reluktancyjnego (ang. Switched Reluctance Motor SRM) wymagany jest resolwer lub cyfrowy przetwornik położenia wału silnika. Jednak zastosowanie takiego przetwornika zwiększa rozmiary i koszt napędu, a poprawna praca przetwornika w obecności zaburzeń elektromagnetycznych może być utrudniona. W artykule przestawiono możliwość zastosowania obserwatora z ruchem ślizgowym do odtwarzania prędkości i położenia wirnika dla przełączalnego silnika reluktancyjnego. Przedstawiona została nowa koncepcja obserwatora, korzystająca z prostego lecz wystarczająco dokładnego modelu SRM. Wykorzystany został nieliniowy model SRM, a symulacje zostały przeprowadzone na bazie danych zebranych w układzie laboratoryjnym. W pracy przeanalizowano właściwości dyskretnej realizacji obserwatora z różnymi czasami próbkowania.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zaprezentowana i rekomendowana przez autorów zmodyfikowana metoda M/T pomiaru prędkości obrotowej ma dobre właściwości statyczne i dynamiczne, wykazuje poprawne działanie przy prędkości równej zeru, co pozwala stosować ją z powodzeniem w torach sprzężenia zwrotnego mikroprocesorowych układów regulacji, ponadto gwarantuje zachowanie stałego okresu próbkowania, co stanowi jej przewagę nad innymi cyfrowymi metodami pomiaru prędkości.
W artykule omówiono zagadnienia sterowania i właściwości napędów elektrycznych bezpośrednich (bezprzekładniowych) z silnikami synchronicznymi o magnesach trwałych. Szczególną uwagę zwrócono na sterowanie odporne prędkością obrotową przy zmianach momentu bezwładności oraz na precyzyjne sterowanie położeniem kątowym. Przytoczone wyniki badań eksperymentalnych dobrze ilustrują właściwości napędu.
EN
The paper deals with problems of control and properties of precise electrical direct drive (without gear) based on permanent magnet synchronous motor. Methods of robust speed control against moment of inertia variation and precise position control have been elaborated. Presented experimental results well illustrate gained drive characteristics.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.