Optimization of a Digital Controller and Observer in a Two-Mass System - the LQ Problem

• Autorzy: Pracownik, A. , Sieklucki, G. , Tondos, M.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja cyfrowego regulatora i obserwatora w układzie 2-masowym. Problem LQ

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes a proposed control system for a 2-mass electric drive with flexible shaft. The control system utilizes observed state variables: the drive system speed and tensional moment. To meet the motor current limits an additional armature current PI controller is used. Optimization of the stabilizing controller and the state variables observer is based on the discrete-time LQ problem. Further, simulations of the system operation for different resolutions of modelled A/D and DA converters and the processor word lengths (digital control) are described.

PL

Artykuł przedstawia propozycję sterowania 2–masowym układem napędowym (z połączeniem sprężystym). Przedstawiono system regulacji bazujący na obserwowanych zmiennych stanu: prędkości agregatu i momentu skręcającego. W celu spełnienia ograniczeń prądowych silnika zastosowano dodatkowy regulator PI prądu twornika. Optymalizację regulatora stabilizującego i obserwatora zmiennych stanu przeprowadzono w oparciu o dyskretny problem LQ. W części opisującej badania symulacyjne przedstawiono pracę układu z uwzględnieniem różnych rozdzielczości modelowanych przetworników analogowo-cyfrowych, cyfrowo analogowych oraz długości przetwarzanego słowa procesora (regulacja cyfrowa).

Słowa kluczowe

PL

napęd prądu stałego; układ 2-masowy; połączenie sprężyste; obserwator zmiennych stanu; dyskretny problem LQ; regulacja cyfrowa

EN

DC drive; 2-mass system; flexible shaft; state variable observer; discrete time LQ problem; digital control

• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 88, nr 2
• Strony: 341-348
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pracownik, A.

autor

Sieklucki, G.

autor

Tondos, M.

• ArcelorMittal ul. Ujastek 1, 30-969 Kraków,,

Bibliografia

• [1] Anderson B. D. O., Moore J. B., Optimal control: Linear Quadratic methods, Prentice Hall, NJ, (1990)
• [2] Astrom K., Wittenmark B., Computer-Controlled systems, NJ, Prentice Hall (1997)
• [3] Callier F. M., Desoer C. A., Linear System Theory. New York, Springer-Verlag (1991)
• [4] Chen T., Francis B., Optimal Sampled-Data Control Systems, Spring-Verlag (1995)
• [5] Ciepiela A., Automatic Control of Converter-Fed DC Drives, Kraków, Wydawnictwa AGH (1992) (in polish)
• [6] Ciepiela A., Automatic Control of Leonard System, Kraków, Wydawnictwa AGH (1994) (in polish)
• [7] Dorato P., Abdullah C., Cerone V., Linear-Quadratic Control: An Introduction, Prentice Hall, NJ (1995)
• [8] Dorato P., Levis A. H., Optimal Linear Regulators: The discrete-Time Case, IEEE Tran. on Aut. Cont. 16 (1972), nr 6, 613-620
• [9] Gierlotka K., Control Systems of the drives with elastic joint, Gliwice, Zeszyt Naukowy Politechniki Śląskiej, Nr 1181, (1992) (in polish)
• [10] Kwakernaak H., Sivan R., Linear Optimal Control Systems, New York, Wiley Interscience (1972)
• [11] Levis A., Schlueter R., Athans M., On the behaviour of optimal linear sampled-data regulators, Int. J. Control, 13, (1971),nr 2, 343-361
• [12] Mitkowski W., Dynamical System stabilization, Warszawa, WNT (1991) (in polish)
• [13] Mysiński W., Microprocessor Control of the Drive with Elastic Joint, Kraków, AGH (1998) (PhD Thesis)
• [14] Ogata K., Discrete-Time Control Systems, Prentice Hall, NJ, (1995)
• [15] Sieklucki G., Orzechowski T., Tondos M., Sykulski R., Optimization of load torque observer at quadratic performance index, Przegląd Elektrotechniczny, 84 (2008), nr7, 29-35
• [16] Sieklucki G., Tondos M., Pracownik A., Variable structure control method of a two-mass drive system, Elektrotechnika i Elektronika, Wyd. AGH, 26 (2007), 1-2, 69-78
• [17] Sima V., Algorithms for Linear-Quadratic Optimalization, Marcel Dekker, Inc. (1995)
• [18] Szabat K., Analysis of the DC Drive Control Systems with Elastic Joint with Classical and Fuzzy Controllers, Wrocław, Politechnika Wrocławska (2003) (PhD Thesis)
• [19] Szklarski L., Dziadecki A., Strycharz J., Jaracz K., Automatic Control of Electic Drive, Kraków, Wyd. AGH (1996)
• [20] Szklarski L., Jaracz K., Selected Problems of DC drives dynamics, Kraków, Skrypty uczelniane, Wyd. AGH (1981)
• [21] Tondos M., Load Torque Reconstruction in Metallurgic Drives, Kraków, Elektrotechnika, ZN AGH, z. 17, (1990)
• [22] Tondos M., Load Torque Reconstruction in Drives with elastic join,. Seminarium z Podstaw Elektrotechniki i Teorii Obwodów, SETO, 1992, 309-316
• [23] Tondos M., Minimizing electromechanical oscillations in the drives with resilient couplings by means of state and disturbance observers, Fifth European Conference on Power Electronics and Applications., Brighton, EPE (1993), 360-365
• [24] Tondos M., Mysiński W., Microcomputer-based control system for drivers with resilient couplings, Proc. of EPE’01, Graz (2001)
• [25] Tondos M., Sieklucki G., Pracownik A., Proportional-Integral LQ Control of a Two-Mass System, EPE-PEMC06, Portoroz (2006)
• [26] Vaccaro J.R., Digital Control. A State-Space Approach, Mc Graw-Hill, Inc. (1995)
• [27] Zaleśny P., Drive Control Systems with Elastic Joint of Improved Dynamical Properties, Gliwice, Politechnika Śląska (1998) (PhD Thesis)