elektromotorni pogoni bez davača na vratilu motora sensorless.pdf · i kontra-elektromotorna sila...

Elektromotorni pogoni

bez davača na vratilu

motora Prof. dr Veran Vasić

FTN Novi Sad

Doc. dr Milan Bebić ETF Beograd

Shaft – Sensorless

Odsustvo davača na vratilu

2 / 31

Brzina obrtanja vratila motora može se

dobiti merenjem ili se može sračunati

uz pomoć adekvatnog matematičkog

aparata.

d

dt

Energetski efikasni elektromotorni pogoni

Pogoni bez davača na vratilu

Zašto SENSORLESS pogoni

zaokupljuju našu pažnju?

• Oslobađaju nas upotrebe jednog senzora (davača

brzine) - smanjuju složenost hardvera;

• U pogonu se koristi standardni asinhroni motor;

• Smanjuju ukupnu cenu pogona, složenost i

održavanje instalacije;

• Smanjuju potrebno kabliranje;

• Imaju povećan imunitet na smetnje;

• Povećavaju pouzdanost i raspoloživost pogona.

3 / 31 Energetski efikasni elektromotorni pogoni


Potrebna je brzina () da bi

zatvorili povratnu spregu

4 / 31

Regulaciona struktura pogona sa jednosmernim motorom

M

Merenje

struje

induktaReg

Reg

ia

Gen.

impulsa

Reg

if

Gen.

impulsa

Merenje

struja

Merenje

struje

pobude

DB

Reg

ems

*

ai

fi



Potrebna je brzina () da bi

zatvorili povratnu spregu

5 / 31

Regulaciona struktura skalarno upravljanog AM

Invertor

( )s su

sDBM

PI

Reg.

**

r



Potreban je ugao (θ) da bi ostvarili

vektorsko upravljanje i zatvorili

povratnu spregu po brzini

6 / 31

Regulaciona struktura indirektno vektorski upravljanog AM

CRPWM Invertor

*

, ,a b c si

DP

MPI

Reg.

**

qsi

, ,as bs csi i i

2

3

*i

*i

dq

sje

s

*

dsi

*

*

1 qs

r ds

i

T i

d

dt

r



Jedan od načina za procenu brzine u

pogonima sa jednosmernim motorom

bez davača brzine

7 / 31

M

e

ai

Merenje

napona

indukta

Merenje

struje

indukta

aR

au

aLd

dt

LD

Merenje

struje

pobude

( )f fiˆ

f

Osim estimirane brzine, izračunava se fluks u motoru

i kontra-elektromotorna sila Energetski efikasni elektromotorni pogoni


Jedan od načina skalarnog upravljanja

pogonom sa asinhronim motorom

bez davača brzine

8 / 31

Potrebno je poznavanje parametara motora da bi se

pravilno izračunala učestanost klizanja

Invertor

( )s su

sM

*

kl

sU

sIsaI

srI

si( )kl saI

Regulaciona struktura pogona sa

vektorski upravljanim asinhronim

motorom bez davača brzine

9 / 31

Invertor

*

, ,a b c suM

**

qsi

2

3

*u

*u

dq

sje

*

dsiReg. ids

Reg. iqs

dq

sje

s

qsi

dsi

Estimator

, r , ,a b c su

, ,a b c si

, ,a b c si

PI

Reg.

*

du

*

qu



Postoji više različitih strategija za procenu

brzine u pogonima sa asinhronim

motorom bez davača na vratilu motora

• Izračunavanjem klizanja

• Model Reference Adaptive System MRAS

• Luenberger opserver

• Žlebni harmonici

• Test signal



Izračunavanje klizanja

11 / 31

22rr

srsr

r

mkl

ii

T

L

Klizanje se može proceniti

ukoliko znamo napon,

struju i parametre motora




12 / 31

Brzina obrtanja: kldq

Sinhrona brzina je poznata (pogoni sa skalarnim

upravljanjem) ili se može izračunati:

2 2

2 2

r rr r

dq

r r

r s s s r s s s

r r

d d

dt dt

u R i u R i




13 / 31

0 0.4 0.8 1.2 -60

-40

-20

0

20

40

60 *

t

[s]

[rad/s]

,

*

0 0.4 0.8 1.2 -0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

t [s]

D*

Q

D

[Wb]

Odzivi:




Mane:

• Velika osetljivost na odstupanje

parametara motora od aktuelnih

parametara u estimatoru

• Problematična je direktna integracija

napona na motoru, kao i merenje napona.

• Šta se dešava ako parametri nisu dobro

podešeni?




15 / 31

0 1 2 3 4 5 0

5

10

15

20

25

t [s]

[rad/s]

*

0 1 2 3 4 5 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

t [s]

dq [ o ]

Promašićemo brzinu.

Pogon nije vektorski

upravljan. Energetski efikasni elektromotorni pogoni


Model Reference Adaptive

System MRAS • Procena brzine primenom MRAS opservera

zasnovana je na redundansi.

• Postoji mogućnost da istu veličinu (fluks,

ems, reaktivnu snagu…) procenimo pomoću

dva različita estimatora.

• MRAS opserver u elektromotornim

pogonima sa asinhronim motorom

uobičajeno koristi estimatore rotorskog

fluksa. 16 / 31 Energetski efikasni elektromotorni pogoni



System MRAS Struktura MRAS opservera brzine

17 / 31

su

si

ˆrV

Diskriminator

greške

Estimator - I

Estimator - IIˆ

rI

Adaptivni

mehanizam




System MRAS • Referentni-naponski (U-I) estimator

rotorskog fluksa.

• Integracija naponske jednačine statora.

18 / 31

ˆ s

s

s s s

du R i

dt

ˆ ˆs s r srr s m s

m m

L LLL i

L L




System MRAS

19 / 31

Rs

Lr

Lm

1

p

Lm

us

is

+ +

_ _ss

s

srV

s

2

1 m

r s

L

L L




System MRAS

• Podesivi-strujni (I-) estimator rotorskog

fluksa.

• Integracija naponske jednačine rotora.

20 / 31

ˆˆ ˆ ˆ

s

r s

r r r

dR i j

dt

ˆˆ

s

r m s

r

r

L ii

L

ˆ 1ˆ ˆ

s

r sms r

r r

d Li j

dt T T




System MRAS

21 / 31

rr

r

LT

R



1

p+ _

rIs

1- j

Tr

iss

Tr

Lm


System MRAS

22 / 31

Adaptivni mehanizam kojim se procenjuje brzina ima

strukturu PI regulatora:

eK

K Ip

pˆ

ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆs s

rI rV rI rVrI rVe

Signal greške je amplituda vektorskog proizvoda

fluksa rotora procenjenih naponskim i strujnim

estimatorom:




System MRAS

23 / 31

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -10

0

10

20

30

40

50

60

t [s]

[rad/s]

*

,

*

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

t [s]

[Wb]

D

Q

Odzivi




System MRAS

24 / 31

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

t [s]

mc [Nm] Odzivi




System MRAS Slabosti MRAS opservera brzine:

• Osetljivost na varijaciju parametara motora

R-promene usled zagrevanja,

L-promene nivoa zasićenja.

• Greška u proceni pri maloj brzini, kao posledica

malog odnosa korisnog signala napona prema

šumu i dominantnog udela RI-napona.

• Na nultoj brzini nije moguće ni teoretski

detektovati dinamiku rotora u statorskim

veličinama. 25 / 31 Energetski efikasni elektromotorni pogoni


Luenberger opserver

26 / 31

Model asinhronog motora u prostoru stanja:

T

s s r ri i X 0 0T

s su u U

2 2

2

2 2

2

0

0

0

0

m r r s m r m

s r s r s r

m r r s m m r

s r s r s r

m r r

r r

m r r

r r

L R L R L R L

L L L L L L

L R L R L L R

L L L L L L

L R R

L L

L R R

L L

A

00

00

10

01

s

s

L

L

B

0010

0001C

U matrici sistema figuriše ! Energetski efikasni elektromotorni pogoni


Luenberger opserver

27 / 31

Algoritam adaptacije brzine:

dteeKeeK rsirsiIrsirsip

Model opservera: ss iidt

d ˆˆˆ

ˆGUBXA

X

Model motora

u prostoru stanja: UBXA

X

dt

d

Korekcija



Luenberger opserver

28 / 31

M

A

B

e G

x x

0x

Algoritam

adaptacije

brzine

G

Pojačanje

Cˆ ˆ,s s

ds qsi i

ˆsi

,s s

ds qsi i

siˆ ˆ,s s

dr qr

ˆ ˆ,s s

dr qr 0e

,ids iqse e

,s s

ds qsu u

Merenje ili

rekonstrukcija

napona

Merenje

struja



Žlebni harmonici

• Brzinu obrtanja rotora moguće je proceniti

na osnovu nesavršenosti samog motora

(nesimetričnost rotora, žlebni harmonici,

uticaj zasićenja, …).

• Zahteva se primena brzih FFT algoritama.

• Potrebno je poznavanje konstrukcionih

parametara motora (broja žlebova statora i

rotora, ...).



Injektovanje test signala

• U jednu komponentu statorskog napona ili struja

injektuje se test signal određenog talasnog oblika.

• Posmatra se odziv na injektovani signal u drugoj

komponenti, na osnovu kojeg se vrše izračunavanja.

• Potrebno je raditi sa malim signalima da bi se

izbegao negativan uticaj na osnovni zadatak

upravljanja pogonom.

• Zbog malih amplituda signala, dolaze do izražaja

sporedni efekti u pogonu (mrtvo vreme invertora,

padovi napona na komponentama invertora, i dr.).



Osnovna literatura

• Pregled metoda estimacije brzine na

različite načine u pogonima sa asinhronim

motorom, dat je u: Proceedings of the IEEE, Vol. 90, No. 8, Aug. 2002, pp. 1359-1394

Sensorless Control of Induction Motor Drives

Joachim Holtz, Fellow IEEE

Electrical Machines and Drives Group, University of Wuppertal, Germany.

• Veran Vasić, Doktorska teza (MRAS).

• Istraživanja u ovoj oblasti su veoma

aktivna i atraktivna.



elektromotorni pogoni bez davača na vratilu motora sensorless.pdf · i kontra-elektromotorna sila...

Documents