Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων
Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής της Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας του φοιτητή Νικόλαου Βασιλάτου, υπό την επίβλεψη του Επίκουρου Καθηγητή Δρ.-Μηχ. Επαμε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2016
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/9706 |
| id |
nemertes-10889-9706 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Παρατηρητές Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Observers Brushless DC (BLDC) 629.83 |
| spellingShingle |
Παρατηρητές Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Observers Brushless DC (BLDC) 629.83 Βασιλάτος, Νικόλαος Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων |
| description |
Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής της Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας του φοιτητή Νικόλαου Βασιλάτου, υπό την επίβλεψη του Επίκουρου Καθηγητή Δρ.-Μηχ. Επαμεινώνδα Μητρονίκα. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη, εξομοίωση και κατασκευή ενός παρατηρητή για τον έλεγχο ενός τριφασικού σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη (Brushless DC, BLDC). Ο κινητήρας τροφοδοτείται από έναν ηλεκτρονικό τριφασικό σύγχρονο αντιστροφεά ισχύος με τάση 48V.
Αρχικά, έγινε ενδελεχής μελέτη όλων των στοιχείων του κινητηρίου συστήματος, το οποίο πέρα από τον ίδιο τον κινητήρα αποτελείται από έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα συνεχούς τάσεως σε εναλλασσόμενη, έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα ανύψωσης και σταθεροποίησης τάσης, μια συστοιχία κυψελών καυσίμου και μια συστοιχία συσσωρευτών. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν οι διάφοροι τρόποι οδήγησης και ελέγχου του συγκεκριμένου κινητήρα και δόθηκε ιδιαίτερη βάση στον έλεγχο χωρίς τη χρήση οποιουδήποτε τύπου αισθητήρα (sensorless), που να ανιχνεύει τη θέση του δρομέα. Επιλέχθηκε εν τέλει ότι ο έλεγχος θα γίνει με έναν παρατηρητή κλειστού βρόχου (closed loop observer) που θα εκτιμάει την τάση εξ επαγωγής του κινητήρα.
Έπειτα, έγινε εξομοίωση ολόκληρου του κινητηρίου συστήματος μέσω του προγράμματος MATLAB/Simulink, προκειμένου να εξεταστεί η παραπάνω μέθοδος οδήγησης του κινητήρα, να διορθωθεί σε όποια σημεία χρειαζόταν και να βρεθεί η τελική μορφή του παρατηρητή κλειστού βρόχου, καθώς και των μεγεθών που χρειάζονταν να μετρηθούν και να διατεθούν σαν είσοδοι στον παρατηρητή.
Ακολούθησε η σχεδίαση του τυπωμένου κυκλώματος του κυκλώματος ελέγχου, που περιλαμβάνει τον μικροεπεξεργαστή, καθώς και του τυπωμένου κυκλώματος των διάφορων μετρητικών διατάξεων σε διαφορετικές πλακέτες μέσω του προγράμματος Kicad, οι οποίες έπειτα εκτυπώθηκαν, συναρμολογήθηκαν και προγραμματίστηκαν στο Εργαστήριο.
Για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα, απαιτείται η συγχρονισμένη και διαδοχική τροφοδότηση των τριών τυλιγμάτων του στάτη του κινητήρα, έτσι ώστε να επιτευχθεί η παραγωγή της μέγιστης δυνατής ροπής. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται κυρίως τρεις αισθητήρες Hall, οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι στη μηχανή και είναι τοποθετημένοι σε γωνία 120ο ηλεκτρικών μοιρών μεταξύ τους. Τα σήματα που παράγουν οι αισθητήρες Hall χρησιμοποιούνται για να προσδιορίσουν τη θέση του δρομέα και οδηγούνται στο κύκλωμα ελέγχου, το οποίο ελέγχει την παλμοδότηση των έξι διακοπτικών στοιχείων ισχύος του αντιστροφέα. Ο έλεγχος των σημάτων παλμοδότησης γίνεται μέσω του λόγου κατάτμησης (duty cycle) των διακοπτών ισχύος.
Όμως, είναι δυνατόν η γνώση για τη θέση του δρομέα να γίνει γνωστή χωρίς τη χρήση αισθητήρων, αλλά μετρώντας κάποια χαρακτηριστικά μεγέθη της μηχανής, όπως τάσεις και ρεύματα. Αφού γίνει αυτό, μπορούμε να εκτιμήσουμε την τάση εξ επαγωγής, μέσω της χαρακτηριστικής εξίσωσης του κινητήρα και να βρούμε από αυτήν την πληροφορία για την ακριβή θέση του δρομέα, ώστε να τροφοδοτήσουμε κατάλληλα την μηχανή.
Τέλος, για την επίτευξη αυτού του σκοπού, χρειάστηκε θεωρητική μελέτη όλων των στοιχείων του κινητηρίου συστήματος, καθώς και η προσομοίωσή του στο πρόγραμμα MATLAB/Simulink, που επιβεβαιώνει θεωρητικά την παραπάνω μέθοδο ελέγχου και οδήγησης του κινητήρα. |
| author2 |
Μητρονίκας, Επαμεινώνδας |
| author_facet |
Μητρονίκας, Επαμεινώνδας Βασιλάτος, Νικόλαος |
| format |
Thesis |
| author |
Βασιλάτος, Νικόλαος |
| author_sort |
Βασιλάτος, Νικόλαος |
| title |
Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων |
| title_short |
Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων |
| title_full |
Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων |
| title_fullStr |
Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων |
| title_full_unstemmed |
Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων |
| title_sort |
υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/9706 |
| work_keys_str_mv |
AT basilatosnikolaos ylopoiēsēparatērētēgiatonelenchotriphasikoukinētēratypoubrushlesschōristēchrēsēaisthētērōn AT basilatosnikolaos implementationofobserveralgorithmforbrushlessmotorcontrolwithoutsensors |
| _version_ |
1771297221909676032 |
| spelling |
nemertes-10889-97062022-09-05T13:57:13Z Υλοποίηση παρατηρητή για τον έλεγχο τριφασικού κινητήρα τύπου brushless, χωρίς τη χρήση αισθητήρων Implementation of observer algorithm for brushless motor control, without sensors Βασιλάτος, Νικόλαος Μητρονίκας, Επαμεινώνδας Μητρονίκας, Επαμεινώνδας Vassilatos, Nikolaos Παρατηρητές Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Observers Brushless DC (BLDC) 629.83 Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής της Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας του φοιτητή Νικόλαου Βασιλάτου, υπό την επίβλεψη του Επίκουρου Καθηγητή Δρ.-Μηχ. Επαμεινώνδα Μητρονίκα. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη, εξομοίωση και κατασκευή ενός παρατηρητή για τον έλεγχο ενός τριφασικού σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη (Brushless DC, BLDC). Ο κινητήρας τροφοδοτείται από έναν ηλεκτρονικό τριφασικό σύγχρονο αντιστροφεά ισχύος με τάση 48V. Αρχικά, έγινε ενδελεχής μελέτη όλων των στοιχείων του κινητηρίου συστήματος, το οποίο πέρα από τον ίδιο τον κινητήρα αποτελείται από έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα συνεχούς τάσεως σε εναλλασσόμενη, έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα ανύψωσης και σταθεροποίησης τάσης, μια συστοιχία κυψελών καυσίμου και μια συστοιχία συσσωρευτών. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν οι διάφοροι τρόποι οδήγησης και ελέγχου του συγκεκριμένου κινητήρα και δόθηκε ιδιαίτερη βάση στον έλεγχο χωρίς τη χρήση οποιουδήποτε τύπου αισθητήρα (sensorless), που να ανιχνεύει τη θέση του δρομέα. Επιλέχθηκε εν τέλει ότι ο έλεγχος θα γίνει με έναν παρατηρητή κλειστού βρόχου (closed loop observer) που θα εκτιμάει την τάση εξ επαγωγής του κινητήρα. Έπειτα, έγινε εξομοίωση ολόκληρου του κινητηρίου συστήματος μέσω του προγράμματος MATLAB/Simulink, προκειμένου να εξεταστεί η παραπάνω μέθοδος οδήγησης του κινητήρα, να διορθωθεί σε όποια σημεία χρειαζόταν και να βρεθεί η τελική μορφή του παρατηρητή κλειστού βρόχου, καθώς και των μεγεθών που χρειάζονταν να μετρηθούν και να διατεθούν σαν είσοδοι στον παρατηρητή. Ακολούθησε η σχεδίαση του τυπωμένου κυκλώματος του κυκλώματος ελέγχου, που περιλαμβάνει τον μικροεπεξεργαστή, καθώς και του τυπωμένου κυκλώματος των διάφορων μετρητικών διατάξεων σε διαφορετικές πλακέτες μέσω του προγράμματος Kicad, οι οποίες έπειτα εκτυπώθηκαν, συναρμολογήθηκαν και προγραμματίστηκαν στο Εργαστήριο. Για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα, απαιτείται η συγχρονισμένη και διαδοχική τροφοδότηση των τριών τυλιγμάτων του στάτη του κινητήρα, έτσι ώστε να επιτευχθεί η παραγωγή της μέγιστης δυνατής ροπής. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται κυρίως τρεις αισθητήρες Hall, οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι στη μηχανή και είναι τοποθετημένοι σε γωνία 120ο ηλεκτρικών μοιρών μεταξύ τους. Τα σήματα που παράγουν οι αισθητήρες Hall χρησιμοποιούνται για να προσδιορίσουν τη θέση του δρομέα και οδηγούνται στο κύκλωμα ελέγχου, το οποίο ελέγχει την παλμοδότηση των έξι διακοπτικών στοιχείων ισχύος του αντιστροφέα. Ο έλεγχος των σημάτων παλμοδότησης γίνεται μέσω του λόγου κατάτμησης (duty cycle) των διακοπτών ισχύος. Όμως, είναι δυνατόν η γνώση για τη θέση του δρομέα να γίνει γνωστή χωρίς τη χρήση αισθητήρων, αλλά μετρώντας κάποια χαρακτηριστικά μεγέθη της μηχανής, όπως τάσεις και ρεύματα. Αφού γίνει αυτό, μπορούμε να εκτιμήσουμε την τάση εξ επαγωγής, μέσω της χαρακτηριστικής εξίσωσης του κινητήρα και να βρούμε από αυτήν την πληροφορία για την ακριβή θέση του δρομέα, ώστε να τροφοδοτήσουμε κατάλληλα την μηχανή. Τέλος, για την επίτευξη αυτού του σκοπού, χρειάστηκε θεωρητική μελέτη όλων των στοιχείων του κινητηρίου συστήματος, καθώς και η προσομοίωσή του στο πρόγραμμα MATLAB/Simulink, που επιβεβαιώνει θεωρητικά την παραπάνω μέθοδο ελέγχου και οδήγησης του κινητήρα. This paper has been prepared at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras within the student Nicholas Vasilatou thesis, under the supervision of Assistant Professor Dr.-Ing. Epaminondas Mitronikas. The aim of this work is the design, simulation and manufacturing an observer to control a three-phase synchronous permanent magnet motor (Brushless DC, BLDC). The motor is powered by an electronic AC power inverter with voltage 48V. Initially, there was a thorough study of all the elements of the drive system, which in addition to the engine itself consists of an electronic inverter DC voltage into AC, an electronic elevation and stabilization voltage converter, a fuel cell stack and a battery pack. Then studied the various drive and control modes of this engine and was particularly based control without using any type of sensor (sensorless), which detects the position of the rotor. Chosen ultimately that will be carried out in a closed loop observer that estimates the voltage on the motor inductance. Then, the simulation of the entire drive system was conducted using MATLAB / Simulink program in order to examine the above motor driving method, be rectified at any points needed to find the final form of a closed loop observer and sizes needed to measure and available as inputs to the observer. Followed by the design of the printed circuit, comprising of the microprocessor and the circuit board of the various measuring devices on different boards through Kicad program, which is then printed, assembled and programmed in the Laboratory. For proper operation of the engine, it is required the synchronized and successively feeding of the three windings of the motor stator, so as to achieve the production of the maximum possible torque. For this purpose, mainly used three sensors Hall, which is incorporated in the machine and are positioned at an angle of 120 ° electrical degrees to each other. The signals generated by the Hall sensors are used to determine the position of the rotor and driven to the control circuit, which controls the pulsing of the six power switch elements of the inverter. The control of pulsing signals is achieved via the partition ratio (duty cycle) power switches. The knowledge about the position of the cursor can be known without the use of sensors, but measuring a characteristic size of the machine, such as voltages and currents. Having done this, we can estimate the induced voltage through the engine characteristic equation and find this information on the exact position of the cursor in order to feed the appropriate machine. Finally, to achieve this goal, it is needed a theoretical study of all of the drive system components and the simulation in MATLAB / Simulink program, that theoretically confirms the above motor control and drive method. 2016-10-17T09:17:44Z 2016-10-17T09:17:44Z 2016-07-15 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9706 gr 0 application/pdf |
