Μοντελοποίηση και έλεγχος κινητήρα με μόνιμο μαγνήτη

• Κύριος συγγραφέας: Παιδής, Κωνσταντίνος
• Άλλοι συγγραφείς: Αλεξανδρίδης, Αντώνιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Έλεγχος μηχανής; Σειριακός έλεγχος; Μηχανές συνεχούς ρεύματος; Motor control; Cascade control; DC motors; 621.46

Σήμερα η ανάγκη για δημιουργία ποιοτικών και φθίνων και ανταγωνιστικών βιομηχανικών προϊόντων έχει σαν αποτέλεσμα να χρειαζόμαστε αυτοματισμούς και αυτόματο έλεγχο ηλεκτρικών μηχανών με μεγάλη ακρίβεια και αδιάλειπτη λειτουργία από διαταραχές του περιβάλλοντος. Οι μηχανές συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται ακόμα σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές που απαιτούν ακριβή έλεγχο της ταχύτητας η της ροπής, όπως είναι η ηλεκτρική σιδηροδρομική έλξη, οι ηλεκτρικοί γερανοί, οι ρομποτικοί βραχίονες κ.α. Για να επιτευχθεί η επιθυμητή ρύθμιση, επι του παρόντος, χρησιμοποιούνται ηλεκτρικοί μετατροπείς ισχύος που παρέχουν την επιθυμητή DC τάση. Σε εφαρμογές χαμηλής ή μέσης ισχύος, ο πιο κοινός, απλός και χαμηλού κόστους μετατροπέας DC-DC είναι ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης. Έτσι, ένα απλό DC σύστημα κίνησης μπορεί να περιλαμβάνει ένα DC-DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης που τροφοδοτεί μια μηχανή ξένης διέγερσης η μια μηχανή μονίμου μαγνήτη. Δεδομένου ότι ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης χρησιμοποιείται για να ανυψώσει την τάση εισόδου σε ένα υψηλότερο επίπεδο, αυτό το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές οπού απαιτείται ακριβής ρύθμιση της ταχύτητας πάνω από ένα ελάχιστο όριο ταχύτητας που αντιστοιχεί στην χαμηλότερη τάση εξόδου, η οποία είναι πρακτικά ίση με την τάση εισόδου. Ως εκ τούτου, το έργο του ελέγχου είναι να παρέχει αποτελεσματικά τη λειτουργία μεταγωγής του κύκλου λειτουργίας, ώστε να επιτευχθεί μια σταθερή και ακριβή σύγκλιση προς την επιθυμητή ισορροπία. Συνήθως, η προσέγγιση για την απόκτηση ενός συστήματος ελέγχου υψηλών προδιαγραφών είναι του τύπου βάσει μοντέλου. Κατά συνέπεια, ο σχεδιασμός του ελεγκτή απαιτεί την πλήρη μοντελοποίηση του μετατροπέα και του DC κινητήρα. Όπως έχει δειχθεί στη βιβλιογραφία, για τους σκοπούς του ελέγχου, το μέσο μοντέλο του μετατροπέα συνδυασμένο με το μοντέλο της μηχανής ξένης διέγερσης είναι επαρκές. Δυστυχώς, λόγω του μη γραμμικού δυναμικού μοντέλου του μετατροπέα, χάνεται το κύριο πλεονέκτημα της μηχανής συνεχούς ρεύματος ξένης διέγερσης που είναι η γραμμική περιγραφή της [1,2]. Αντίθετα με την απλότητα του κυκλώματος, ο σχεδιασμός ελέγχου του λόγου κατάτμησης που μπαίνει σαν είσοδος στον μετατροπέα ανύψωσης τάσης και εξασφαλίζει σταθερότητα και σύγκλιση στην ισορροπία, φαίνεται να είναι δύσκολο έργο, ειδικά για τις περιπτώσεις οπού τροφοδοτείται ένα δυναμικό σύστημα. Αυτό αποτελεί ένα δύσκολο πρόβλημα, διότι εγγενείς δυσκολίες του συστήματος, όπως οι ασταθείς μηδενική δυναμική, βάζουν ένα σκληρό περιορισμό στο σχεδιασμό του ελέγχου, το οποίο είναι ευρέως γνωστό στην κοινότητα των ηλεκτρονικών ισχύος και των βιομηχανικών ηλεκτρονικών. Μια απλή λύση στο πρόβλημα αυτό έχει δοθεί με την έμμεση ρύθμιση της τάσης εξόδου μέσω του ρεύματος εισόδου της επαγωγής. Σε αυτή την εργασία, ένας σειριακός ελεγκτής (cascade controller) προτείνεται και εφαρμόζεται σε ένα DC-DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης που οδηγεί μια μηχανή συνεχούς ρεύματος ξένης διέγερσης. Ο στόχος του ελεγκτή είναι η ρύθμιση της ταχύτητας της μηχανής παρέχοντας απευθείας το σήμα εισόδου του λόγου κατάτμησης (Duty ratio) του μετατροπέα ανύψωσης τάσης, που οριοθετείτε στο επιτρεπόμενο εύρος χωρίς να χρειάζεται εξωτερικούς περιοριστές. Για το σκοπό αυτό, η απόδοση του συστήματος αναλύεται, χρησιμοποιώντας το ολοκληρωμένο μη γραμμικό μοντέλο του μετατροπέα - μηχανής. Η θεωρητική ανάλυση επαληθεύεται μέσα από προσομοίωση και πειραματικά αποτελέσματα.