Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, την προσομοίωση και την υλοποίηση του ελέγχου ταχύτητας μιας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη. Η διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογι...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25878 |
| id |
nemertes-10889-25878 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Σύγχρονες μηχανές μόνιμου μαγνήτη Τριφασικοί αντιστροφείς ισχύος Διανυσματικός έλεγχος Παρατηρητής Luenberger Παρατηρητής Sliding Mode Luenberger observers Sliding Mode observers |
| spellingShingle |
Σύγχρονες μηχανές μόνιμου μαγνήτη Τριφασικοί αντιστροφείς ισχύος Διανυσματικός έλεγχος Παρατηρητής Luenberger Παρατηρητής Sliding Mode Luenberger observers Sliding Mode observers Βάσσης, Γεώργιος Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, την προσομοίωση και την υλοποίηση του ελέγχου ταχύτητας μιας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη. Η διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών.
Ο στόχος της εργασίας είναι η μελέτη ενός συστήματος αποτελούμενου από τριφασικό αντιστροφέα και σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, με σκοπό την κατάστρωση του μοντέλου του συστήματος ελέγχου ταχύτητας, την επικύρωση της ανάλυσης αυτής μέσω προσομοιώσεων και την εφαρμογή αυτών σε πειραματική διάταξη. Παράλληλα, μελετώνται μέθοδοι ελέγχου χωρίς τη χρήση αισθητήρων, μέσω των παρατηρητών Luenberger και Sliding Mode, οι οποίοι παρέχουν εκτίμηση για τη θέση και την ταχύτητα του κινητήρα.
Αρχικά, γίνεται αναφορά στη δομή ενός ηλεκτροκινητήριου συστήματος, τα επιμέρους στοιχεία που το απαρτίζουν και τις εφαρμογές σε διάφορα συστήματα. Έπειτα, μελετάται η σύγχρονη μηχανή με μόνιμους μαγνήτες και παρουσιάζονται τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και οι επιμέρους κατηγορίες των κινητήρων αυτών. Εξάγονται οι εξισώσεις που περιγράφουν το μοντέλο της μηχανής και με τη χρήση των μετασχηματισμών Park και Clarke απλοποιείται το σύστημα των εξισώσεων αυτών.
Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος, δίνοντας έμφαση στον τριφασικό αντιστροφέα, ο οποίος αποτελεί θεμελιώδες τμήμα του συστήματος, ενώ περιγράφονται οι διάφορες τεχνικές για την παλμοδότησή του.
Ακολούθως, αναπτύσσεται η θεωρία και οι καταστατικές εξισώσεις του διανυσματικού ελέγχου, τόσο με αισθητήρες, όσο και χωρίς την παρουσία αυτών. Επιπλέον, παρουσιάζονται τα μοντέλα που περιγράφουν τη λειτουργία των παρατηρητών Luenberger και Sliding Mode στον συνεχή και διακριτό χρόνο.
Το επόμενο στάδιο είναι η εύρεση των παραμέτρων της προς μελέτη σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη και η υλοποίηση του συστήματος ελέγχου σε περιβάλλον προσομοίωσης Matlab/Simulink με σκοπό την εξαγωγή συμπερασμάτων για τη λειτουργία της διάταξης. Έπεται η παράθεση των λειτουργιών και δυνατοτήτων του μικροεπεξεργαστή STM32F446RE και η παραγωγή του υλικολογισμικού (firmware) για τον έλεγχο της μηχανής.
Τέλος, παρουσιάζονται η υπό μελέτη πειραματική διάταξη, οι ενέργειες που έλαβαν χώρα και τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία. |
| author2 |
Vassis, Georgios |
| author_facet |
Vassis, Georgios Βάσσης, Γεώργιος |
| author |
Βάσσης, Γεώργιος |
| author_sort |
Βάσσης, Γεώργιος |
| title |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη |
| title_short |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη |
| title_full |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη |
| title_fullStr |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη |
| title_full_unstemmed |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη |
| title_sort |
έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/25878 |
| work_keys_str_mv |
AT bassēsgeōrgios elenchostachytētassynchronēsmēchanēsmonimoumagnētē AT bassēsgeōrgios speedcontrolofapermanentmagnetsynchronousmotor |
| _version_ |
1799945006232895488 |
| spelling |
nemertes-10889-258782024-03-08T19:26:25Z Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη Speed control of a permanent magnet synchronous motor Βάσσης, Γεώργιος Vassis, Georgios Σύγχρονες μηχανές μόνιμου μαγνήτη Τριφασικοί αντιστροφείς ισχύος Διανυσματικός έλεγχος Παρατηρητής Luenberger Παρατηρητής Sliding Mode Luenberger observers Sliding Mode observers Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, την προσομοίωση και την υλοποίηση του ελέγχου ταχύτητας μιας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη. Η διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Ο στόχος της εργασίας είναι η μελέτη ενός συστήματος αποτελούμενου από τριφασικό αντιστροφέα και σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, με σκοπό την κατάστρωση του μοντέλου του συστήματος ελέγχου ταχύτητας, την επικύρωση της ανάλυσης αυτής μέσω προσομοιώσεων και την εφαρμογή αυτών σε πειραματική διάταξη. Παράλληλα, μελετώνται μέθοδοι ελέγχου χωρίς τη χρήση αισθητήρων, μέσω των παρατηρητών Luenberger και Sliding Mode, οι οποίοι παρέχουν εκτίμηση για τη θέση και την ταχύτητα του κινητήρα. Αρχικά, γίνεται αναφορά στη δομή ενός ηλεκτροκινητήριου συστήματος, τα επιμέρους στοιχεία που το απαρτίζουν και τις εφαρμογές σε διάφορα συστήματα. Έπειτα, μελετάται η σύγχρονη μηχανή με μόνιμους μαγνήτες και παρουσιάζονται τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και οι επιμέρους κατηγορίες των κινητήρων αυτών. Εξάγονται οι εξισώσεις που περιγράφουν το μοντέλο της μηχανής και με τη χρήση των μετασχηματισμών Park και Clarke απλοποιείται το σύστημα των εξισώσεων αυτών. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος, δίνοντας έμφαση στον τριφασικό αντιστροφέα, ο οποίος αποτελεί θεμελιώδες τμήμα του συστήματος, ενώ περιγράφονται οι διάφορες τεχνικές για την παλμοδότησή του. Ακολούθως, αναπτύσσεται η θεωρία και οι καταστατικές εξισώσεις του διανυσματικού ελέγχου, τόσο με αισθητήρες, όσο και χωρίς την παρουσία αυτών. Επιπλέον, παρουσιάζονται τα μοντέλα που περιγράφουν τη λειτουργία των παρατηρητών Luenberger και Sliding Mode στον συνεχή και διακριτό χρόνο. Το επόμενο στάδιο είναι η εύρεση των παραμέτρων της προς μελέτη σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη και η υλοποίηση του συστήματος ελέγχου σε περιβάλλον προσομοίωσης Matlab/Simulink με σκοπό την εξαγωγή συμπερασμάτων για τη λειτουργία της διάταξης. Έπεται η παράθεση των λειτουργιών και δυνατοτήτων του μικροεπεξεργαστή STM32F446RE και η παραγωγή του υλικολογισμικού (firmware) για τον έλεγχο της μηχανής. Τέλος, παρουσιάζονται η υπό μελέτη πειραματική διάταξη, οι ενέργειες που έλαβαν χώρα και τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία. This diploma thesis focuses on the design, simulation, and firmware implementation of the speed control scheme for a permanent magnet synchronous motor (PMSM). The present thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion (LEMEC) of the department of Electrical and Computer Engineering at University of Patras. The objective of the current thesis is to study the system that consists of a three-phase inverter and PMSM in order to construct the speed control model of the system, validate the theoretical analysis though extensive simulations and apply it in an actual experimental setup. Concurrently, sensorless control methods are examined by the usage of Luenberger and Sliding Mode observers, which provide estimations of the motors shaft position and speed. Initially, a literature review is conducted on the structure of an electromotive system, its individual components and the applications in various systems. Subsequently, the working principles of PMSM, their internal structure, characteristics and categorization are provided. The equations describing the motor’s model are derived. According to Clarke and Park transforms, takes place the conversion into the appropriate reference frame to reduce the complexity of the model’s equations. Then, the power electronics converters are examined, with emphasis given to the three-phase inverter, which is a fundamental component of the system. The various pulse modulation techniques for the inverter are described. Next, the theoretical background and state equations of vector control are developed, for both sensored and sensorless cases. Models describing the operation of Luenberger and Sliding Mode observers are presented. The next stage involves finding the parameters of the PMSM in order to construct an accurate speed control model in the MATLAB/Simulink simulation environment and draw essential conclusions for the systems behavior in various operating conditions. Furthermore, the functions and capabilities of the STM32F446Re microcontroller are presented and the firmware implementing the control scheme is generated. Finally, the experimental setup under study is presented along with the process that took place and conclusions are drawn for the actual’s system operation. 2023-10-12T10:09:27Z 2023-10-12T10:09:27Z 2023-10-11 https://hdl.handle.net/10889/25878 el Attribution-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/us/ application/pdf |
