Komputerowe sterowanie silnikiem obcowzbudnym prądu stałego

Komputerowe sterowanie
silnikiem obcowzbudnym prądu
stałego
Piotr CIEPŁY
Mateusz ROMANICA
Opiekun naukowy referatu
dr inż. Tomasz Drabek
1
Celem pracy zrealizowanej w ramach koła naukowego Magnesik było uruchomienie
chopperowego napędu prądu stałego z automatyczną regulacja prędkości prowadzoną przez
układ sterowania zrealizowany na komputerze PC w środowisku MATLAB z modułem
Simulink jako system czasu rzeczywistego, z użyciem bibliotek Real Time WorkShop do
przekompilowania schematu blokowego na język C oraz Real Time Windows Target do
obsługi wejść i wyjść. Regulacja prędkości silnika była realizowana przez zmianę wartości
napięcia zasilającego obwód twornika, za pomocą choppera prądu stałego.
Schemat układu mocy
Obecność układu R1C1 - który służy do eliminacji tętnień – powoduje ograniczenie górnej
częstotliwości granicznej do ok. 2kHz, gdyż tranzystor IGBT musi być załączony na czas co
najmniej taki, aby kondensator C1 zdążył się rozładować, czyli t>5τ. Dioda H1 jest diodą
rozładowczą. CHOPPER -przerywacz 1 tranzystorowy IGBT sterowany z karty akwizycji
danych PCI-1710 Advantech. Sygnał sterujący tranzystor z karty Advantech jest w
standardzie TTL (0 - 5V). Wartość średnia napięcia zasilającego twornik jest uzyskiwana z
t
regulacji dwustanowej zał-wył:
Ua = zal Uzas
T
2
Schemat układu sterowania
Układ sterowania składa się z nadrzędnego regulatora PI prędkości ( produkuje sygnał
momentu zadanego ) i podrzędnego regulatora histerezowego prądu (sygnał zał-wył dla
tranzystora mocy). Wielkościami wejściowymi karty pomiarowej są: prąd mierzony
halotronowym przekładnikiem prądowym oraz prędkość - mierzona Techogeneratorem i
filtrowana 32-punktowym FIR’em z oknem Hamminga.
Silnik obcowzbudny DC
dane znamionowe:
- P = 11 kW
- U = 440 V
- n = 3000 obr/min
Karta Advantech PCI-1710
- Rozdzielczość przetw. A/C: 12 bitów
- Szybkość przetwornika A/C: 100kHz
- 16 wejść i 16 wyjść cyfrowych TTL
3
Uzyskane przebiegi podczas rozruchu w funkcji różnych nastaw
nadrzędnego regulatora PI
Kr=0.5, Ti=0.25 [s]
Nastawy regulatora nieodpowiednie, w 0.5 [s] prędkość nie osiągneła stanu ustalonego,
sygnał prądu zanika zbyt wolno.
Odpowiednie nastawy regulatora wyznaczono ze korzystając ze schematu operatorowego
regulator-obiekt, przyjmójąc, iż jest to układ drugiego rzędu, przyrównano mianownik
transmitancji do wielomianu 2-go rzędu i uzyskano wartości nastaw:
4
Prędkość w badanym czasie osiąga stan ustalony, ale przebieg prądu twornika ma nadal
niezadawalający kształt, zmodyfikowano więc nastawy.
Kr=10, Ti=0.33[s]
5
Przy powyższych nastawach prędkość osiąga stan ustalony jeszcze szybciej, sygnał prądu jest
bliski pożądanemu, ale jest to okupione zbyt dużą “nerwowością” układu - już przy nie
znacznym spadku prędkości regulator załącza tranzystor, pojawiają się impulsy prądu.
Kr=20, Ti=0.33[s]
Przy ponownym zwiększeniu wzmocnienia uzyskano szybszy rozruch, kosztem jeszcze
większej podatności regulatora na minimalne spadki prędkości, przy których załączany jest
prąd twornika.
Wnioski
Przeprowadzone
badania
wskazują
na
konieczność
zastosowania
regulacji
adaptacyjnej tj. automatycznej zmiany nastaw regulatora PI w funkcji wielkości błędu
prędkości. Algorytm sterowanie adaptacyjnego może przybrać formę układu regulacji z
modelem obiektu. Konieczne jest również zastosowanie bardziej zaawansowanego algorytmu
filtracji sygnału prędkości, umożliwiającego eliminację składowych przemiennych z sygnału
prędkości bez obniżenia dynamiki działania całego układu regulacji. Tego typu układy
filtracyjne są znane jako układy eliminacji szumów procesowych.
6