“Sensorless Sliding – mode Control of PM Synchronous Machine”
description
Transcript of “Sensorless Sliding – mode Control of PM Synchronous Machine”
“Sensorless Sliding – mode Control of PM Synchronous Machine”“Sensorless Sliding – mode Control of PM Synchronous Machine”
Maribor, 14. 9. 2004
Address : Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenia; Address : Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenia; Tel.: +386 2 220 7311, Fax.: +386 2 220 7315; Tel.: +386 2 220 7311, Fax.: +386 2 220 7315;
E-mail: E-mail: [email protected] @uni-mb.si http://www.ro.feri.uni-mb.sihttp://www.ro.feri.uni-mb.si
Evgen Urlep
Predstavitev Individualnega Raziskovalnega DelaPredstavitev Individualnega Raziskovalnega DelaPredstavitev Individualnega Raziskovalnega DelaPredstavitev Individualnega Raziskovalnega Dela
IRD 2
Brezsenzorsko vodenje PMSMBrezsenzorsko vodenje PMSM
http://www.ro.feri.uni-mb.si
22
VsebinaVsebinaVsebinaVsebina
UvodUvod Model PMSMModel PMSM Predlagan sistem vodenjaPredlagan sistem vodenja Tokovni regulator v drsnem režimuTokovni regulator v drsnem režimu Opazovalnik rotorskega magnetnega sklepa v drsnem Opazovalnik rotorskega magnetnega sklepa v drsnem
režimurežimu Ocenitev hitrosti in kota rotorjaOcenitev hitrosti in kota rotorja Kompenzacija nelinearnosti pretvornikaKompenzacija nelinearnosti pretvornika Adaptacija statorske upornostiAdaptacija statorske upornosti Eksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultati ZaključekZaključek
http://www.ro.feri.uni-mb.si
33
UvodUvodUvodUvod
Za brezsenzorsko vodenje je nujna rekonstrukcija Za brezsenzorsko vodenje je nujna rekonstrukcija spremenljivk stanj izmeničnega motorjaspremenljivk stanj izmeničnega motorja
1.1. Metode, ki uporabljajo izražene lastnosti motorja Metode, ki uporabljajo izražene lastnosti motorja ((salienciessaliencies)), ,
2.2. MetodMetode, ki uporabljajo direktne ali indirektne e, ki uporabljajo direktne ali indirektne metode izračuna na osnovi matematičnega modela metode izračuna na osnovi matematičnega modela motorjamotorja – algorit – algoritmične metode inmične metode in
3.3. MetodeMetode, ki temeljijo na uporabi mehke logike ali , ki temeljijo na uporabi mehke logike ali nevronskih mrežnevronskih mrež..
http://www.ro.feri.uni-mb.si
44
Statorska napetost
Model PMSMModel PMSMModel PMSMModel PMSM
s s r
dR L
dt ss s
iu i e
2( )PM rp re R
( )PM r rΨ R
3
2 l
dJ p T
dt
r sΨ i
cos( )
sinr
rr
RStacionarni koordinatni sistem (a,b)
Rotorski magnetni sklep
Inducirana napetost Navor
http://www.ro.feri.uni-mb.si
55
Hitrostna regulacija v orientaciji rotorskega Hitrostna regulacija v orientaciji rotorskega magnetnega sklepamagnetnega sklepa
Hitrostna regulacija v orientaciji rotorskega Hitrostna regulacija v orientaciji rotorskega magnetnega sklepamagnetnega sklepa
• Kaskadna struktura • Tokovna regulacija v (a,b)• Hitrostna regulacija
• Uporaba ocenjene inducirane napetosti• Opazovalnik je uporabljen za določitev kota in hitrosti rotorja
http://www.ro.feri.uni-mb.si
66
Tokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimu
s s
dR L
dt
dd d dss s s
iu i e
s
dR L
dt d
s s s s sΔu e e Δi Δi
Referenčna vrednost statorskega toka je izražena kot
Razlika med referenčno in dejansko
: ( , ) ; dI I I s st i S i σ i Gσ 0 σ i
Drsna ploskev je definirana
+ kompenzacija vpliva inducirane napetosti+ ni križne sklopljenosti+ robustno na spremenbe parametrov
- kompleksni algoritem- netrivialna določitev parametrov reg.
http://www.ro.feri.uni-mb.si
77
Tokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimu
/ 2TI IV σ σ
0;d
dt dI
I I I s s
σD σ σ i i
Pogoj dosega
Lyapunov stabilnostni kriterij
TI IV σ σ
1( ) ( ) ( ) ( ), , 0y t y t GB D t t
Krmilna funkcija zagotavlja doseg v obliki
0TI IV σ Dσ D je pozitivno definitivna matrika
Če določimo odvod kandidata Ljapunove funkcije na način:
http://www.ro.feri.uni-mb.si
88
Tokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimuTokovna regulacija v drsnem režimu
[ ] [ 1] ( ) [ ] [ 1]k k I T k kT
Iss s I I I
Ku u D σ σ
Povratnozančni del
ˆ1 1k k k ds r su e Δu
ˆˆ ˆ
ˆrb
ra
Ψp
Ψ
re
cos sin
sin cos
1
r r
r r
r r rk k
C
Rotacijska matrika
[ 1] (2 ) [ 1] (( ) ( ) [ ] (2 ) [ 1])s Ik k k k Iss I I
Ku C u I TD C σ C σ
T
( ) ( ) ( 1)d k k k
dt T
Aproksimacija z zadnjo diferenco
Povratnozančni del z upoštevanjem predikcije
PredkrmiljenjeKrmilni izhod
http://www.ro.feri.uni-mb.si
99
Opazovalnik rotorskega magnetnega sklepaOpazovalnik rotorskega magnetnega sklepaOpazovalnik rotorskega magnetnega sklepaOpazovalnik rotorskega magnetnega sklepa
s
dR
dt s
s s
ψu i
Opazovalnik na osnovi napetostne enačbe
Korekcija amplitude rot. mag. skl,
+ pasovna širina opazovalnika+ delovanje blizu hitrosti 0
- občutljiv na spremembe statorske upornosti- zahtevano je poznavanje začetnega pogoja
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1010
Regulator opazovalnika v drsnem režimuRegulator opazovalnika v drsnem režimuRegulator opazovalnika v drsnem režimuRegulator opazovalnika v drsnem režimu
ˆ ˆ0;d
dt dO
O O O r r
σD σ σ ψ ψ
( ) ( ) ( ) ( 1)Osk O O Ok I T k k
T K
u D σ σ
Stikalna funkcija
Korekcijski člen
ˆ ˆ( ) ( ) ( )ds s s s s r rL ψ ψ i i ψ ψ
Pogoj delovanja opazovalnika
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1111
Ocenjevanje kota in hitrosti rotorjaOcenjevanje kota in hitrosti rotorjaOcenjevanje kota in hitrosti rotorjaOcenjevanje kota in hitrosti rotorja
2 2 2
ˆ ˆ ˆˆ ˆ ˆ
1 1ˆ
ˆ ˆˆ
s sb sas sa sb
sa sbs
zz
d d d
dt dt dtp p
ΨΨ
Ψ
Ocenjena hitrost mag. sklepa
ˆ ˆ ˆarctan 2( , )rb ra
Ocenjen kot rotorja magnetnega sklepa
(V primeru majhne Ls)
2
ˆˆ
1ˆ
ˆ
rr
r
z
d
dtp
ΨΨ
Ψ
Odvod rotorskega magnetnega sklepa • Diskretno odvajanje• PLL zanka• Estimatorji• Uporaba statorskega mag. sklepa
1 ˆˆd
p dt
Ocenjena hitrost rotorja
sL s s rΨ i Ψ
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1212
Nelinearnost tranzistorskega mostaNelinearnost tranzistorskega mostaNelinearnost tranzistorskega mostaNelinearnost tranzistorskega mosta
U D C
i
u *
B O T
t
TO P
u
u
i > 0
i < 0
tm
T 1
T 2
D 1
D 2
i>0 : T1,D2
i<0 : T2,D1
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1313
Kompenzacija nelinearnostiKompenzacija nelinearnostiKompenzacija nelinearnostiKompenzacija nelinearnosti
Tokovno odvisna napetostna kompenzacija
Kompenzacija na osnovi meritev povprečne vrednosti napetosti,
Kompenzacija na osnovi meritev stikalnih zakasnitev
,, 1, 2,3
,k i td ki td
ii td kk
T i R Ti Rt i
i R TT
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1414
Komenzacija zakasnitevKomenzacija zakasnitevKomenzacija zakasnitevKomenzacija zakasnitev
u *
u c
ui >0
tm
t*
t 4
c t1
c
t 4e t1e
T s
*
*3 3 ( 3)
( ) ( ) ( 1), 1, 2,3
( ) ( ) ( )C
ci i ie
i i i e
t k t k t k i
t k t k t k
Kompenzacijski člen
+ robustna na spremembe parametrov+ enostaven kompenzacijski algoritem+ uporabljeni napetostni komparatorji+ detekcija napačnih preklopov+ ocenitev faznih napetosti
- dodatne meritve in časovniki- kompleksen modulator
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1515
Kompenzacija nelinearnostiKompenzacija nelinearnosti Kompenzacija nelinearnostiKompenzacija nelinearnosti
eq 1
SVMus
udc
M3~
us*
u2
dc
measti
z-1
ti*
us^
tic
ˆ ( ) ( ) ( ( ) ( ))c dcs i ia ib
s
Uu k u k t k t k
T
0
1( )
Tdc
i i is s
Uu u t dt t
T T
Ocenjena vejna napetostPovprečna vejna napetost Vejna napetost
ˆ ( ) ( )dcs i
s
Uu k t k
T
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1616
Adaptacija statorske upornostiAdaptacija statorske upornostiAdaptacija statorske upornostiAdaptacija statorske upornosti
s s s s ss s s s s sq R i u i i u
ˆˆ s s
sd
qdt
ψ
i
ˆ ˆ ˆ1 ( [ ] [ ])is s
s
KR k R k q k q k
T
Adaptacija statorske upornosti
Predpostavljamo, da je napaka ocenjenega odvoda statorskega magnetnega sklepa odvisna le od statorske upornosti
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1717
Eksperimentalni sistemEksperimentalni sistemEksperimentalni sistemEksperimentalni sistem
PogonPMSM AMG6308 Un=48 VPn=0.8 kWp=6Rs=0.15 , Ls=237 H, PM=0.02 Vs
BremeIMUn=24 VIn=30 Ap=2
Krmilnik bremena-Semikron-DSP-2
Krmilnik pogona-MOSFET most-DSP-2
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1818
Eksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultati
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16-10
0
10
20
30
40
50
60
t (s)
wm
, w
mo,
i q
wmd (rad/s)
wm
(rad/s)
wmo
(rad/s)
iq (A)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16-0.02
-0.015
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
t (s)
psi ra
, ps
i rb
psirae
psirbe
psira
-psirae
psirb
-psirbe
Stopnični odziv na ref. hitrosti Ocenjen rotorski mag. sklep
http://www.ro.feri.uni-mb.si
1919
Eksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultati
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-10
0
10
20
30
40
t (s)
(
rad/s
),
o (ra
d/s
) (rad/s)
o (rad/s)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40
2
4
6
8
t (s)
(r
ad),
o (
rad)
(rad)
o (rad)
Sledenje hitrosti in kota (-10 rad/s2)
http://www.ro.feri.uni-mb.si
2020
Eksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultati
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
(rad/s)
- o (
rad)
compensateduncompensated
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
(rad/s)
- o (
rad)
Tl=0 Nm
Tl=0.5 Nm
Tl=0.5 Nm unc
Kotni pogrešek v odvisnosti od hitrosti
Neobremenjen pogon Obremenjen pogon
http://www.ro.feri.uni-mb.si
2121
Eksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultatiEksperimentalni rezultati
0 2 4 6 8 10 12
-10
-5
0
5
10
t (s)
w (
rad/s
)
wd (rad/s)w
m (rad/s)
wo (rad/s)
0 2 4 6 8 10 12-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
t (s)
w (
rad/s
)wd-w
m (rad/s)
wd-wo (rad/s)
Počasno reverziranje (-1 rad/s2) Sledilni pogrešek ob reverziranju
Neobremenjen pogon
http://www.ro.feri.uni-mb.si
2222
Experimentalni rezultatiExperimentalni rezultatiExperimentalni rezultatiExperimentalni rezultati
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2-0.025
-0.02
-0.015
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
t (s)
Odz
iv
psirae
psirbe
uka
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
Td ,wm
-wm
o, i q
Td (Nm)w
m-w
mo (rad/s)
iq (A)
Ocenjen rotorski magnetni pretok pri nizki hitrosti (10 rad/s)
Navor, hitrostni pogrešek in tok pri nizki hitrosti
http://www.ro.feri.uni-mb.si
2323
Experimentalni rezultatiExperimentalni rezultatiExperimentalni rezultatiExperimentalni rezultati
0 1 2 3 4 5 6 70.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.22
t (s)
Rse
(
)
0 1 2 3 4 5 6 7-5
0
5
10
t (s)
R
se (
)
Rs0
=0.2
Rs0
=0.12
Adaptacija Rs
k
http://www.ro.feri.uni-mb.si
2424
ZaključekZaključekZaključekZaključek
Predstavljeno je brezsenzorsko vodenje PMSM Predstavljeno je brezsenzorsko vodenje PMSM osnovano na opazovalniku rotorskega magnetnega osnovano na opazovalniku rotorskega magnetnega sklepasklepa , ,
Ocenjena inducirana napetost in predikcija je Ocenjena inducirana napetost in predikcija je vključena v tokovni regulator za izboljšavo vključena v tokovni regulator za izboljšavo dinamičnih lastnostidinamičnih lastnosti, ,
Sistem je robusten na Sistem je robusten na spremembespremembe bremena, bremena, parametrov in navoraparametrov in navora, ,
Delovno območje brezsenzorskega vodenja je Delovno območje brezsenzorskega vodenja je razširjeno z uporabo linearizacije nelinearnosti razširjeno z uporabo linearizacije nelinearnosti pretvornikapretvornika