Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, την προσομοίωση και την κατασκευή μιας ηλεκτροκίνητης θαλάσσιας πλατφόρμας (σημαδούρας), η οποία είναι ικανή να μετακινείται στον θαλάσσιο χώρο με τη χρήση brushless dc κινητήρων. Η εργασία πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με την εταιρεία Ro...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16529 |
| id |
nemertes-10889-16529 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ηλεκτρική πρόωση Ηλεκτροκίνητα Σημαδούρες Πλωτήρες Σκάφη Τηλεκατευθυνόμενα Προσομοίωση συστήματος Έλεγχος κινητήρα χωρίς αισθητήρες Electrical propulsion Buoy Brushless dc motors Ships Boats Remotely Operated Vehicles (ROV) System simulation Sensorless motor control |
| spellingShingle |
Ηλεκτρική πρόωση Ηλεκτροκίνητα Σημαδούρες Πλωτήρες Σκάφη Τηλεκατευθυνόμενα Προσομοίωση συστήματος Έλεγχος κινητήρα χωρίς αισθητήρες Electrical propulsion Buoy Brushless dc motors Ships Boats Remotely Operated Vehicles (ROV) System simulation Sensorless motor control Κωστούρος, Μηνάς Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, την προσομοίωση και την
κατασκευή μιας ηλεκτροκίνητης θαλάσσιας πλατφόρμας (σημαδούρας), η οποία είναι ικανή να
μετακινείται στον θαλάσσιο χώρο με τη χρήση brushless dc κινητήρων. Η εργασία
πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με την εταιρεία Roboteq Greece. Στόχος της είναι η
ικανότητα μετακίνησης σε συγκεκριμένες συντεταγμένες με τη χρήση αισθητήρων και ο
κατάλληλος προσανατολισμός της. Η λειτουργία αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε αγώνες
ιστιοπλοϊκών, όπου απαιτείται η ταχύτατη αλλαγή της πορείας που πρέπει να ακολουθήσουν
ανάλογα με τον άνεμο. Αρχικά, μελετώνται οι θεωρητικές βάσεις της θαλάσσιας πρόωσης και
γίνεται εξαγωγή όλων των εξισώσεων που χρησιμοποιούνται στη συνέχεια. Μελετάται η
αντίσταση της γάστρας καθώς και η απαραίτητη ισχύς πρόωσης. Έπειτα, αναλύονται οι αρχές
λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων και συγκεκριμένα του κινητήρα brushless dc που
χρησιμοποιείται σε αυτή την εφαρμογή. Παρουσιάζονται μέθοδοι ελέγχου της ταχύτητας των
μηχανών, καθώς και η τεχνική εύρεσης της ταχύτητας της μηχανής χωρίς αισθητήρες με την
χρήση της μη ενεργής φάσης και της αντι- ηλεκτρεγερτικής δύναμης που επάγεται. Επιπλέον,
με βάση τις θεωρητικές εξισώσεις τις οποίες έχουμε εξάγει, καθώς και από τη χρήση
πειραματικών δεδομένων εξάγεται το ψηφιακό δίδυμο του συστήματος σε περιβάλλον Matlab
– Simulink. Στη συνέχεια, μελετάται ο τρόπος κατασκευής της γάστρας η οποία έγινε με τη
χρήση πολυεστέρα και υαλοϋφασμάτων με παρόμοιο τρόπο με τον οποίο κατασκευάζονται οι
πολυεστερικές βάρκες. Γίνεται διαχωρισμός του ηλεκτρονικού συστήματος σε υψηλής και
χαμηλής ισχύος. Στο σύστημα υψηλής ισχύος αναλύονται τα εξαρτήματα που περιλαμβάνονται
σε αυτό όπως οι controller, το BMS και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιήθηκαν.
Στο σύστημα χαμηλής ισχύος περιγράφεται η λειτουργία του μικροεπεξεργαστή
stm32G474RE, αναφέρονται όλοι οι αισθητήρες που αξιοποιήθηκαν, καθώς και τα
πρωτόκολλα επικοινωνίας που χρησιμοποιήθηκαν και οι αρχές λειτουργίας του καθενός.
Έπειτα, αναλύεται ο τρόπος εύρεσης του προσανατολισμού της κατασκευής, η χρήση
ορισμένων φίλτρων όπως το complementary filter, το φίλτρο κινούμενου μέσου όρου καθώς
και το φίλτρο εκθετικού μέσου όρου. Τέλος, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα
και οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και εξάγονται συμπεράσματα για τη λειτουργία της
κατασκευής, ενώ αναφέρονται κάποιες πιθανές μελλοντικές βελτιώσεις. |
| author2 |
Kostouros, Minas |
| author_facet |
Kostouros, Minas Κωστούρος, Μηνάς |
| author |
Κωστούρος, Μηνάς |
| author_sort |
Κωστούρος, Μηνάς |
| title |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης |
| title_short |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης |
| title_full |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης |
| title_fullStr |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης |
| title_sort |
μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/16529 |
| work_keys_str_mv |
AT kōstourosmēnas meletēkaikataskeuēēlektroproōthoumenouplōtērasēmansēs AT kōstourosmēnas designandimplementationofanelectricallypropelledbuoy |
| _version_ |
1771297348536762368 |
| spelling |
nemertes-10889-165292022-09-05T20:23:25Z Μελέτη και κατασκευή ηλεκτροπροωθούμενου πλωτήρα σήμανσης Design and implementation of an electrically propelled buoy Κωστούρος, Μηνάς Kostouros, Minas Ηλεκτρική πρόωση Ηλεκτροκίνητα Σημαδούρες Πλωτήρες Σκάφη Τηλεκατευθυνόμενα Προσομοίωση συστήματος Έλεγχος κινητήρα χωρίς αισθητήρες Electrical propulsion Buoy Brushless dc motors Ships Boats Remotely Operated Vehicles (ROV) System simulation Sensorless motor control Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, την προσομοίωση και την κατασκευή μιας ηλεκτροκίνητης θαλάσσιας πλατφόρμας (σημαδούρας), η οποία είναι ικανή να μετακινείται στον θαλάσσιο χώρο με τη χρήση brushless dc κινητήρων. Η εργασία πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με την εταιρεία Roboteq Greece. Στόχος της είναι η ικανότητα μετακίνησης σε συγκεκριμένες συντεταγμένες με τη χρήση αισθητήρων και ο κατάλληλος προσανατολισμός της. Η λειτουργία αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε αγώνες ιστιοπλοϊκών, όπου απαιτείται η ταχύτατη αλλαγή της πορείας που πρέπει να ακολουθήσουν ανάλογα με τον άνεμο. Αρχικά, μελετώνται οι θεωρητικές βάσεις της θαλάσσιας πρόωσης και γίνεται εξαγωγή όλων των εξισώσεων που χρησιμοποιούνται στη συνέχεια. Μελετάται η αντίσταση της γάστρας καθώς και η απαραίτητη ισχύς πρόωσης. Έπειτα, αναλύονται οι αρχές λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων και συγκεκριμένα του κινητήρα brushless dc που χρησιμοποιείται σε αυτή την εφαρμογή. Παρουσιάζονται μέθοδοι ελέγχου της ταχύτητας των μηχανών, καθώς και η τεχνική εύρεσης της ταχύτητας της μηχανής χωρίς αισθητήρες με την χρήση της μη ενεργής φάσης και της αντι- ηλεκτρεγερτικής δύναμης που επάγεται. Επιπλέον, με βάση τις θεωρητικές εξισώσεις τις οποίες έχουμε εξάγει, καθώς και από τη χρήση πειραματικών δεδομένων εξάγεται το ψηφιακό δίδυμο του συστήματος σε περιβάλλον Matlab – Simulink. Στη συνέχεια, μελετάται ο τρόπος κατασκευής της γάστρας η οποία έγινε με τη χρήση πολυεστέρα και υαλοϋφασμάτων με παρόμοιο τρόπο με τον οποίο κατασκευάζονται οι πολυεστερικές βάρκες. Γίνεται διαχωρισμός του ηλεκτρονικού συστήματος σε υψηλής και χαμηλής ισχύος. Στο σύστημα υψηλής ισχύος αναλύονται τα εξαρτήματα που περιλαμβάνονται σε αυτό όπως οι controller, το BMS και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιήθηκαν. Στο σύστημα χαμηλής ισχύος περιγράφεται η λειτουργία του μικροεπεξεργαστή stm32G474RE, αναφέρονται όλοι οι αισθητήρες που αξιοποιήθηκαν, καθώς και τα πρωτόκολλα επικοινωνίας που χρησιμοποιήθηκαν και οι αρχές λειτουργίας του καθενός. Έπειτα, αναλύεται ο τρόπος εύρεσης του προσανατολισμού της κατασκευής, η χρήση ορισμένων φίλτρων όπως το complementary filter, το φίλτρο κινούμενου μέσου όρου καθώς και το φίλτρο εκθετικού μέσου όρου. Τέλος, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα και οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και εξάγονται συμπεράσματα για τη λειτουργία της κατασκευής, ενώ αναφέρονται κάποιες πιθανές μελλοντικές βελτιώσεις. The present diploma thesis deals with the study, simulation, and construction of an electromechanical system (buoy), that can float on the water and move to the desired position using two brushhles DC motors for propulsion. The diploma thesis was held in cooperation with and Roboteq Greece company. The final aim of the thesis is to control the movement of the buoy to the appropriate coordinates and the orientation of the buoy with the help of sensors. This ability is very useful during sailing races, since the course often changes depending on the direction of the wind and its intensity. Towards this purpose firstly, the thesis investigates the theoretical background of the ship propulsion, where the buoy is considered as a very small boat. The resistance of the hull, the propulsion losses and the required ship’s effective horsepower are calculated. Moreover, the characteristics of the electric motors are analyzed, and we focus on brushless dc motor, as it is used in our application. The ways of contro lling the speed of the motors are described, as well as all the different sensors that are used to determine the speed of the rotor. Except the sensored techniques of measuring the speed, sensorless techniques are also descripted as the motor of our application does not have sensors. The sensorless technique that is used focuses on measuring the current of the inactive phase of the motor each time. Afterwards, the system is simulated in the environment of Matlab – Simulink using the theoretical equations. Subsequently, all the stages of the construction are described. The buoy was constructed in a similar way small boats are, using fiberglass and polyester that make it durable over time. Moreover, the high-power circuit, including the controllers, the BMS and the battery pack was separated from the low-power circuit that includes the microcontroller and the sensors. The microcontroller, which was used, is an STM32G474RE and all its capabilities, that were used, are extensively described. The operation mode of each sensor and the way it is implemented in the application, are stated. The communication protocols such as UART, CAN, I2C, and SPI between the microcontroller and the rest of the electronic devices are reported and the ways the frames are transmitted in each protocol are described. Afterwards, the functionality of the whole system and the method by which the buoy can find its orientation are explained with the help of flow diagrams. The filters that are used such as the complementary filter, the simple moving average, and the exponential moving average, are explained. Finally, the experimental data and the measurements of testing are reported, and we come up with the conclusions and future improvements that can be done. 2022-07-15T05:07:14Z 2022-07-15T05:07:14Z 2022-07-13 http://hdl.handle.net/10889/16529 gr application/pdf |
