Komputerowe sterowanie silnikiem obcowzbudnym prądu stałego
Transkrypt
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