Automatyka napędu

Automatyka napędu

rok wydania: 2023, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-7464-208-8
ilość stron: 274
format: B5
oprawa: twarda

Opis

Celem książki jest przybliżenie zagadnień teorii sterowania w optymalizacji układów napędowych. Przedstawia ona pewien aspekt matematyki stosowanej w zastosowaniach przemysłowych. Głównym zadaniem książki jest pokazanie, że struktury sterowania dla różnych silników elektrycznych są do siebie zbliżone i można ujednolicić metody optymalizacji parametrycznej systemów regulacji. Książka może być traktowana jako podręcznik do przedmiotu automatyka napędu za szczególnym uwzględnieniem metod sterowania cyfrowego.

Spis treści

Wprowadzenie / 7

Rozdział 1. Podstawy teorii sterowania / 9
1.1. Układ automatycznej regulacji / 9
1.2. Dobór parametrów regulatorów o działaniu ciągłym / 11
1.2.1. Kryterium modułowe / 11
1.2.2. Kryteria całkowe / 17
1.2.3. Kryterium symetryczne / 19
1.3. Kaskadowa struktura regulacji / 21
1.4. Układ próbkowany i układ dyskretny / 24
1.5. Dyskretyzacja regulatorów o działaniu ciągłym / 26
1.6. Właściwości dyskretnego systemu dynamicznego / 30
1.6.1. Stabilność / 31
1.6.2. Sterowalność i stabilizowalność / 35
1.6.3. Obserwowalność i wykrywalność / 40
1.6.4. Dualizm / 41
1.6.5. Właściwości systemu ciągłego a systemu dyskretnego / 42
1.6.6. Konwersja modeli matematycznych / 43
1.7. Stałoprzecinkowa realizacja regulatorów / 45
1.7.1. Liczby zmienno- i stałoprzecinkowe / 45
1.7.2. Cykl graniczny / 46
1.7.3. Przykład obliczeniowo-symulacyjny / 47
1.8. Statyczne sprzężenie zwrotne / 51
1.8.1. Pierwiastki znormalizowanych wielomianów Bessela / 51
1.8.2. Formuła Ackermanna / 53
1.9. Problem liniowo-kwadratowy w dyskretnych systemach dynamicznych / 58
1.9.1. Problem LQ ze skończonym horyzontem sterowania / 59
1.9.2. Problem LQ z nieskończonym horyzontem sterowania / 60
1.9.3. Dyskretyzacja ciągłego problemu LQ / 61
1.10. Sterowanie obiektem przy ograniczeniach zmiennych stanu / 64
1.11. Układy regulacji o wielu czasach próbkowania / 69
1.12. Metoda programowania nieliniowego w doborze nastaw regulatorów / 71
1.13. Regulacja adaptacyjna / 72
1.13.1. Sterowanie adaptacyjne z modelem odniesienia 73
1.14. Sterowanie ślizgowe układami dynamicznymi / 74
1.14.1. Podstawy sterowania ślizgowego / 74
1.14.2. Metoda sterowania równoważnego / 76
1.14.3. Nieliniowy korektor PD / 80
1.14.4. Oscylacje podczas sterowania ślizgowego / 82
1.15. Obserwatory zmiennych stanu 84
1.15.1. Obserwatory pełnego rzędu / 84
1.15.2. Obserwatory zredukowanego rzędu / 88
1.15.3. Obserwatory zmiennych stanu o działaniu ciągłym 90
1.15.4. Obserwator zmiennych stanu z elementami całkującymi / 91
1.15.5. ślizgowy obserwator zmiennych stanu / 92
1.15.6. Nieliniowy obserwator zmiennych stanu / 92

Rozdział 2. Sterowanie napędami prądu stałego / 94
2.1. Modele matematyczne napędu prądu stałego / 94
2.1.1. Dyskretyzacja modelu matematycznego napędu prądu stałego / 99
2.2. Kryteria doboru regulatorów ciągłych / 102
2.2.1. Regulacja kaskadowa / 102
2.2.2. Kryterium modułowe / 104
2.2.3. Kryterium kształtu / 105
2.2.4. Kryterium symetryczne / 109
2.2.5. Proporcjonalny regulator prędkości / 111
2.2.6. Rozruch obciążonego napędu prądu stałego / 113
2.3. Dyskretyzacja regulatorów dla napędu prądu stałego / 115
2.4. Minimalnoczasowy rozruch i hamowanie silnika / 119
2.4.1. Obliczenia w jednostkach względnych / 120
2.4.2. Struktura układu regulacji / 124
2.4.3. Obliczenia w jednostkach naturalnych / 127
2.5. Problem LQ / 130
2.5.1. Optymalna stabilizacja prędkości obrotowej napędu prądu stałego / 130
2.5.2. Nadrzędny regulator prędkości obrotowej / 135

Rozdział 3. Sterowanie silnikami indukcyjnymi / 143
3.1. Układy zasilania silników indukcyjnych / 144
3.1.1. Falownik napięcia z przestrzennym wektorem PWM / 145
3.1.2. Falownik napięcia z wymuszonym prądem / 150
3.2. Model matematyczny silnika indukcyjnego klatkowego / 151
3.2.1. Model matematyczny silnika zasilanego z falownika prądu / 155
3.2.2. Model matematyczny silnika zasilanego z falownika napięcia / 159
3.3. Pośrednie sterowanie polowo zorientowane – IFOC / 161
3.3.1. Struktura układu sterowania / 161
3.3.2. Optymalizacja parametryczna regulatora prędkości / 162
3.3.3. Cyfrowa realizacja sterowania / 165
3.4. Bezpośrednie sterowanie polowo zorientowane – DFOC / 171
3.4.1. Struktura układu regulacji / 171
3.4.2. Optymalizacja parametryczna układu regulacji / 173
3.5. Bezpośrednie sterowanie momentem – DTC / 175
3.5.1. Struktura układu regulacji / 175
3.5.2. Wyznaczenie momentu elektrycznego i strumienia stojana / 184
3.5.3. Optymalizacja parametryczna układu regulacji / 186

Rozdział 4. Sterowanie synchronicznymi silnikami bezszczotkowymi / 191
4.1. Budowa silników bezszczotkowych / 192
4.2. Zasady sterowania silnikami / 195
4.2.1. Idealny moment elektryczny w silnikach BLDC / 196
4.2.2. Pulsacja momentu elektrycznego w silnikach BLDC / 198
4.2.3. Idealny moment elektryczny w silnikach PMSM / 198
4.2.4. Pulsacja momentu elektrycznego w silnikach PMSM / 199
4.3. Komutacja elektroniczna w silnikach z magnesem trwałym / 201
4.4. Sterowanie silnikami BLDC / 204
4.4.1. Komutacja elektroniczna przy użyciu czujników Halla / 204
4.4.2. Bezczujnikowe metody sterowania procesem komutacji / 207
4.4.3. Badanie przebiegów SEM w niezasilanym uzwojeniu / 208
4.4.4. Badanie zmian pochodnej prądu / 211
4.4.5. Struktura układu regulacji / 213
4.4.6. Model matematyczny / 214
4.4.7. Optymalizacja parametryczna / 215
4.5. Sterowanie PMSM / 218
4.5.1. Model matematyczny / 218
4.5.2. Sterowanie polowo zorientowane – IFOC / 222
4.5.3. Sterowanie polowo zorientowane - DFOC / 225
4.5.4. Bezpośrednie sterowanie momentem – DTC 227

Rozdział 5. Bezczujnikowe układy napędowe / 228
5.1. Klasyfikacja systemów bezczujnikowych / 228
5.2. Obserwacja momentu obciążenia / 230
5.2.1. Dyskretyzacja obserwatora ciągłego / 231
5.2.2. Obserwator dyskretny / 235
5.3. Napędy prądu stałego / 243
5.4. Napędy z PMSM / 244
5.5. Napędy z silnikiem indukcyjnym / 247
5.5.1. Obserwator MRAS / 247
5.5.2. Obserwator liniowy niestacjonarny zredukowanego rzędu / 249
Dodatek A. Przykładowe parametry napędów prądu stałego / 253
Dodatek B. Przykładowe parametry silników indukcyjnych / 255
Dodatek C. Przykładowe parametry silników bezszczotkowych / 256
Dodatek D. Tablice transformat Laplace’a i Z / 257
Dodatek E. Metody numeryczne – problem LQ / 259
Metoda równania różnicowego / 259
Zdwojony algorytm rozwiązywania ARE / 260
Metoda Newtona rozwiązania ARE / 261
Metoda Schura rozwiązania ARE 263
Numeryczne wyznaczenie macierzy wag Q, M, R / 265
Bibliografia / 266
Skorowidz / 270