Állapotmegfigyelő tervezése állandómágneses gépek számára
Egy rendszer szabályozása során elengedhetetlen megadott időpillanatokban ismerni a rendszer bizonyos fizikai jellemzőit, állapotait, azonban valós rendszerek esetében gyakran nem mérhető közvetlenül a rendszer összes, a szabályozás szempontjából lényeges jellemzője. Állapotmegfigyelő alkalmazásával ezekre az ismeretlen állapotokra is adható becslés a megadott időpillanatokban, a rendszer mérhető állapotai, kimenő jelei alapján. Megfelelően gyors beállású, stabil megfigyelő alkalmazása esetén a rendszer összes állapota folyamatosan rendelkezésre áll, így ezek felhasználhatók a zárt hurkú szabályozás során.
Villamos hajtások mozgásszabályozása során általában nélkülözhetetlen a felhasznált motor aktuális fázisáramait, szögpozícióját, valamint szögsebességét minél pontosabban ismerni. Ez utóbbiak gyakran kevésbé pontosan, kisebb mintavételi frekvenciával mérhetők a hajtás villamos jeleihez képest, ezért becslésükre léteznek elterjedt érzékelő nélküli szabályozási módszerek, amelyek manapság igazán népszerűek, hiszen ezek alkalmazása esetén nincsen szükség a szöghelyzetet mérő szenzorra, így csökkentve a megvalósítási költségeket. Ezen érzékelőmentes módszerek általában valamilyen megfigyelő alapú módszert használnak, amelyek a rendelkezésre álló, mért mennyiségekből, mint az állórész feszültség vagy a fázisáramok, állítják elő a szabályozás számára a pozíció-, valamint szögsebességinformációt.
A dolgozatban először bemutatásra kerül a Luenberger-féle megfigyelő, amely a lineáris modellel jellemezhető egyenáramú gép példáján keresztül mutatható be. Az állapotmegfigyelő alkalmazásával a motor szögpozíció, valamint szögsebesség jele előállítható pusztán az armatúra feszültség- és áramerősségjelének felhasználásával.
Azonban a Luenberger-féle állapotmegfigyelő kizárólag lineáris rendszerek esetén ad pontos becslést a rendszer állapotaira, nemlineáris rendszerekhez komplexebb megfigyelési módszerek alkalmazására van szükség, mint például a csúszómód alapú megfigyelők vagy a Kálmán-szűrő alapú technikák. Jelen munkában kidolgozásra kerül egy ezektől a megoldásoktól eltérő, feedback linearizációra alapozott struktúra. A feedback linearizációra épített megfigyelő egy linearizált modellen dolgozik, ezért érvényesek rá a Luenberger által kidolgozott, szisztematikus tervezési lépések, valamint az elterjedt megoldásokhoz képest egyszerűbb felépítés jellemzi, amely kedvez a valós idejű működés megvalósíthatóságának.
A javasolt módszer a nemlineáris működésű állandómágneses szinkron motor (Permanent Magnet Synchronous Motor) mozgásszabályozására kerül felhasználásra. Ezen gépek szabályozásához sokféle, különböző érzékelőmentes megfigyelési módszer áll rendelkezésre. A dolgozatban ezek a technikák kerülnek összehasonlításra a javasolt, feedback linearizációra alapozott megfigyelő struktúra PMSM hajtásra történő alkalmazásával.
Irodalom:
1. Luenberger, D. G.: Observing the State of a Linear System. IEEE Transactions on Military Electronics, vol. 8, no. 2, 74-80 (1964).
2. Zeits, M.: The extended Luenberger observer for nonlinear systems. Systems & Control Letters, vol. 9, no. 2, 149-156 (1987)
3. Rubino, G., Tomassi, G., Ciprini, L., Ali, S., Marignetti, F.: Speed Sensorless Control based on Luenberger Observer for DC Motors. 2022 Second International Conference on Sustainable Mobility Applications, Renewables and Technology (SMART), Cassino, Italy, pp. 1-6 (2022)
4. Urbanski, K., Janiszewski, D.: Sensorless Control of the Permanent Magnet Synchronous Motor. Sensors, vol. 19, no. 16 (2019)
szerző
-
Bertók Zsanett
Mechatronikai mérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
