ilinsk univerzita v iline Elektrotechnick fakulta Katedra Vkonovch

Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta Katedra Výkonových elektrotechnických systémov Dizertačná práca Polohový servopohon s asynchrónnym motorom Ing. Pavol Makyš Werner von Siemens Excellence Award 2007 Bratislava, november 2007

Obsah prezentácie Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia • Idea bezsnímačového riadenia • Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu • Injektovanie diskrétneho signálu Spracovanie signálu • Spracovanie signálu • Reálne výsledky • Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007

Súčasnosť vs. budúcnosť Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia zníženie ceny !!! Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 zvýšenie robustnosti !!!

Rozdelenie Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Bezsnímačové riadenie Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Založené na matematickom modeli motora Nezaložené na matematickom modeli motora • ideálny stroj • využívanie nelinearít motora • presnosť získaných parametrov • nutnosť injektovanie • široký pracovný rozsah • prevádzka pri nulových rýchlostiach • obmedzenie pre nízke a nulové rýchlosti Werner von Siemens Excellence Award 2007

Metódy nevyužívajúce model motora Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Nesúmernosti Injektovanie Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu • geometrické nesúmernosti • magnetické nesúmernosti: Spracovanie signálu - efekt spôsobený saturáciou - efekt spôsobený drážkovaním Reálne výsledky rotora Zhodnotenie - účelové nesúmernosti Werner von Siemens Excellence Award 2007 • injektovanie spojitého signálu (HF injektovanie ) • injektovanie diskrétneho signálu (INFORM)

Injektovanie napäťových impulzov Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Modifikovaná PWM schéma

Snímač d. I/dt Pavol Makyš Snímač zostrojený z koaxiálneho kábla Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu alebo Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Žiadne obmedzenie pre zapojenie motora !!!

Namerané priebehy d. I/dt Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Moment merania d. I/dt Spracovanie signálu 1. 5 4 Polohový signál pa pri injektovaní V 1 (5 rpm) 4 Polohový signál pb pri injektovaní V 3 (5 rpm) 4 Polohový signál pc pri injektovaní V 5 (5 rpm) x 10 1. 4 Reálne výsledky 1. 3 1. 2 0 Zhodnotenie 1. 6 5 x 10 10 time 15 1. 4 1. 2 0 Werner von Siemens Excellence Award 2007 1. 6 5 x 10 10 time 15 1. 4 1. 2 0 5 10 time 15

Namerané priebehy d. I/dt Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007

Namerané priebehy d. I/dt Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007

Namerané priebehy d. I/dt Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007

LMDEMPavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Eliminačná metóda využívajúca malý pamäťový priestor

Výsledok eliminácie – frekvenčné spektrum Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Frekvenčné spektrum pred a po eliminácií troch nesúmerností

Namerané výsledky – estimácia polohy rotora Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Estimácia polohy, polohové signály p filt, p filt , poloha rotorovej drážky, poloha rotora

Estimácia – dosiahnuté výsledky Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Porovnanie reálnej a estimovanej polohy rotora pre rozličné pracovné režimy bez zaťaženia

Estimácia – dosiahnuté výsledky Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Porovnanie reálnej a estimovanej polohy rotora pre rozličné pracovné režimy so zaťažením

Simulácia prevádzky pohonu Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 Cyklická zmena polohy o 180° zo zmenou zaťaženia

Použitá riadiaca štruktúra Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007 NTO algoritmus:

Prínosy pre vedu a prax Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Vedecké prínosy predstavujú nasledujúce body: Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu 1. podrobná analýza vzniku magnetických nesymetrií v konštrukcii AM 2. modifikácia metódy injektovania napäťových impulzov, využívajúca iba aktívne vektory V 1, V 3, V 5 a nulové vektory V 0 (V 7) 3. návrh snímača prúdových derivácií pre metódu injektovania napäťových impulzov 4. návrh metódy LMDEM na eliminovanie nežiaducich nesúmernosti. Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007

Prínosy pre vedu a prax Pavol Makyš Idea bezsnímačového riadenia Prínosy pre prax: Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu 1. experimentálne porovnanie vlastností rôznych typov injektovania napäťových impulzov 2. skonštruovanie snímača prúdových derivácií a porovnanie jeho vlastností z už existujúcimi spôsobmi zisťovania prúdových derivácií (diferencií) 3. implementácia bezsnímačového riadenia polohy rotora asynchrónneho motora s využitím injektovania napäťových impulzov, meraním prúdových derivácií pomocou troch snímačov umiestnených v napájacích vodičoch 4. eliminácia nežiaducich efektov pomocou metódy LMDEM a praktické overenie na digitálnom signálovom procesore TMS 320 C 40 5. navrhnutie metódy na odhad polohy rotora, ktorá vo všetkých svojich častiach (injektovanie, meranie derivácií, eliminácia) je implementovateľná na nízko nákladové DSP alebo DSC. Reálne výsledky Zhodnotenie Werner von Siemens Excellence Award 2007

Publikácie Pavol Makyš Príspevky na medzinárodných konferenciách: Idea bezsnímačového riadenia „Servo-Position Control with Dynamic Lag Precompensator for PMSM Drives“, OPTIM’ 2004, Brašov, Romania „Near time Optimal Position Control of an Actuator with PMSM”, EPE 2005, Dresden, Germany „Microprocessor Implementation of Observers for Forced Dynamics Control of Induction Motor Drives”, EDPE 2005, Dubrovnik, Crotia „Position Estimation of AC Machines at all Frequencies using only Space Vector PWM based Excitation“, PEMD‘ 06 , Dublin, Ireland „Shaft sensorless speed control of induction motor drive”, EPE-PEMC’ 06, Portorož, Slovenia „A low memory disturbance elimination method for sensorless control of induction motor drive using test vector injection“, IECON’ 06, Paris, France „Sensorless Control of Induction Machines, including Zero Frequency using only Fundamental PWM Excitation”, IECON ’ 06, Paris, France Metódy estimovania Injektovanie diskretného signálu Spracovanie signálu Reálne výsledky Zhodnotenie Príspevky v karentovaných časopisoch: Werner von Siemens Excellence Award 2007 IEEE Transactions on Industrial Application, Jul-August 2007: Position estimation of AC machines over a wide frequency range based on space vector PWM excitation

Ďakujem za pozornosť!