Despre estimarea stării în acționările electrice
Principiile de proiectare a controlului modului de alunecare și aplicațiile la acționările electrice. Sunt tratate conceptele de bază, matematica și aspectele de proiectare ale sistemelor cu structură variabilă, precum și cele cu moduri de alunecare ca mod de funcționare principal. Principalele argumente în favoarea controlului în modul de alunecare sunt reducerea comenzii, procedura de proiectare de decuplare, respingerea perturbațiilor, insensibilitatea la variațiile parametrilor și implementarea simplă prin intermediul convertoarelor de putere. Sunt analizați algoritmii de control și prelucrarea datelor utilizați în sistemele cu structură variabilă. Potențialul metodologiei de control al modului de alunecare este demonstrat pentru versatilitatea acționărilor electrice și obiectivele funcționale ale controlului.
Acționări electrice de mare putere și/sau de înaltă tensiune. Convertoarele cu mai multe niveluri: (1) pot genera tensiuni aproape sinusoidale cu doar comutare de frecvență fundamentală; (2) nu au aproape nicio interferență electromagnetică sau tensiune în mod comun; și (3) sunt potrivite pentru acționări electrice cu tensiune mare și tensiuni înalte. Invertorul în cascadă este o potrivire naturală pentru unitățile auto mari, integral electrice, deoarece utilizează mai multe niveluri de surse de tensiune DC, care ar fi disponibile din baterii sau celule de combustibil. Convertorul cu diodă spate în spate este ideal acolo unde este disponibilă o sursă de tensiune AC, cum ar fi într-un vehicul electric hibrid. Rezultatele de simulare și experimentale arată superioritatea acestor două convertoare față de unitățile bazate pe modularea lățimii impulsului pe două niveluri. Convertoare multinivel pentru unități electrice mari.
Din 1994, Universitatea din Minnesota a întreprins o restructurare mult așteptată a cursurilor de electronică de putere și mașini electrice/conducere. Această restructurare permite ca controlul digital să fie integrat în primele cursuri, învățând astfel studenții ceea ce trebuie să învețe, făcând aceste cursuri atractive și oferind o continuitate fără întreruperi cursurilor avansate. Printr-o prezentare concisă în doar două cursuri de licență, această restructurare motivează studenții să urmeze cursuri conexe în controlere logice programabile, microcontrolere și aplicații cu procesoare de semnal digital. Despre estimarea stării în acționările electrice .Acest lucru asigură o educație de primă clasă, care este semnificativă la locul de muncă, precum și în învățământul absolvent, care duce la o carieră orientată spre cercetare și dezvoltare. Această restructurare are mai multe componente. Subiectele învechite care pierd timpul și induc în eroare studenții sunt șterse. Pentru a integra controlul în primele cursuri, sunt dezvoltate abordări unice pentru a transmite informații mai eficient. În primul curs de electronică de putere, un bloc de construcție este identificat în topologiile convertoarelor de putere utilizate în mod obișnuit. Restructurarea primelor cursuri în electronică de putere și acționări electrice care integrează control digital.
Având în vedere că aproape două treimi din electricitatea globală este consumată de acționările electrice, nu ar trebui să fie surprinzător faptul că controlul adecvat al acestora reprezintă economii apreciabile de energie. Utilizarea eficientă a motoarelor electrice are, de asemenea, aplicații de anvergură în domenii precum automatizarea fabricilor (robotică), transportul curat (vehicule hibrid-electrice) și gestionarea resurselor de energie regenerabilă (eoliană și solară). Advanced Electric Drives utilizează o abordare bazată pe fizică pentru a explica conceptele fundamentale ale controlului modern al acționării electrice și funcționarea acestuia în condiții dinamice. Autorul Ned Mohan, un lider de zeci de ani în educația și cercetarea sistemelor de energie electrică (EES), dezvăluie modul în care investiția în controale adecvate, simulări avansate MATLAB și Simulink și gândirea atentă în proiectarea sistemelor energetice se traduce prin economii semnificative de energie și dolari. Oferind studenților o alternativă proaspătă la tratamentele matematice standard ale transformării pe axa dq a cantităților de fază abc, unități electrice avansate: analiză, control și modelare folosind MATLAB/Simulink.
Pe de o parte este proiectat un observator neliniar, în timp ce pe de altă parte, starea vitezei este estimată utilizând derivata murdară din poziția măsurată. Derivata murdară este o versiune aproximativă a derivatei perfecte care introduce o eroare de estimare de câteva ori analizată în aplicațiile de drive. Din acest motiv, propunerea noastră în această lucrare constă în ilustrarea mai multor aspecte privind performanța derivatorului murdar în prezența atât a incertitudinilor modelului, cât și a măsurătorilor zgomotoase. În acest scop, este introdus un studiu de caz. Studiul de caz ia în considerare estimarea vitezei rotorului într-un motor pas cu magnet permanent, presupunând că poziția rotorului și variabilele electrice sunt măsurate. În plus, această lucrare prezintă comentarii despre legătura dintre derivatorii murdari și observatori și sunt remarcate și avantajele și dezavantajele ambelor tehnici.
Metodă statistică pentru optimizarea mașinilor electrice utilizată pentru acționări electrice.
Este furnizată o metodă pentru selectarea și optimizarea unui sistem de acționare electrică prin analizarea subiectelor critice pentru calitatea sistemului de acționare electrică conform teoriei Six Sigma. Subiectele critice pentru calitate includ greutatea, volumul, fiabilitatea, eficiența și costul. Pot fi evaluate diferite abordări de proiectare pentru a selecta un design optim. Abordările de proiectare pot include tipul de mașină electrică, sistemul de răcire, integrarea electrică și interfața electrico-mecanică.
Fundamentele unităților electrice, prezintă subiectele de bază și conceptele fundamentale care stau la baza mașinilor electrice, electronicii de putere și acționările electrice pentru studenții de inginerie electrică la nivel de licență. Despre estimarea stării în acționările electrice .Cele mai multe cărți existente despre acționările electrice se concentrează fie pe convertoare și analiza formei de undă (ignorând dinamica sarcinii mecanice), fie pe caracteristicile motorului (oferind scurtă atenție analizei convertoarelor și controlerelor). Această carte oferă o imagine de ansamblu completă a subiectului, la nivelul potrivit pentru studenții EE. Cartea îi duce pe cititori prin analiza și proiectarea unui sistem complet de acționări electrice, inclusiv acoperirea sarcinilor mecanice, motoarelor, convertoarelor, senzorilor și controlerelor. Pe lângă faptul că servește ca text, această carte servește ca o referință utilă și practică pentru inginerii profesioniști de acționări electrice.
Simularea hardware-in-the-loop este astăzi o metodă standard pentru testarea echipamentelor electronice din industria auto. Deoarece unitățile electrice și dispozitivele electronice de putere sunt din ce în ce mai importante în aplicațiile auto, aceste tipuri de sisteme trebuie să fie integrate în simularea hardware-in-the-loop. Convertizoarele de putere și acționările electrice sunt utilizate în multe aplicații diferite în vehicule astăzi (grup motopropulsor hibrid electric sau electric, sisteme de direcție electrice, convertoare DC-DC etc.). Gama largă de aplicații, topologii și niveluri de putere are ca rezultat diverse abordări și soluții diferite pentru testarea hardware-in-the-loop. Această lucrare oferă o imagine de ansamblu asupra simulării hardware-in-the-loop a electronicii de putere și unităților electrice din industria auto. Sunt descrise tehnologiile disponibile în prezent și sunt prezentate provocările viitoare.
Măsurarea precisă a pierderilor de putere în dispozitivele de înaltă eficiență este dificilă. Standardele de măsurare pentru convertoarele industriale și acționările electrice complete, inclusiv atât motoare, cât și convertoare, vor intra în vigoare în curând și ar trebui incluse metode de măsurare pentru aceste dispozitive. În metoda calorimetrică, pierderile de putere sunt măsurate direct. Cu toate acestea, calorimetrele prezentate anterior sunt în principal sisteme personalizate și, prin urmare, au de obicei construcții foarte complicate. Prin urmare, aplicabilitatea lor la evaluarea acționărilor electrice generale este limitată.Despre estimarea stării în acționările electrice . Un concept funcțional de măsurare calorimetrică este sugerat în acest studiu pentru pierderile de putere de până la 2 kW. O astfel de pierdere de putere poate fi aplicată cu convertoarele electronice de putere actuale de până la 110 kW. Construcția conceptului este simplă și ușoară. Nu necesită o structură complexă sau o zonă mare în locul de măsurare. Conceptul este scalabil și duplicabil pentru diferite dimensiuni. Diferite dispozitive cu diferite cablaje pot fi măsurate fără probleme.Concept calorimetric pentru măsurarea pierderilor de putere de până la 2 kW în acționările electrice.
Cazan auxiliar SIM 321 Intrare digitală 6ES7 321 -1BL00 - 2AA0 1
Cazan auxiliar SIM 321 Intrare digitală 32 CH 6ES7 321 -1BL00 - 0AA0 1
Cazan auxiliar SIM 321 Intrare digitală 16 CH 6ES7 321 -1BH02 - 0AA0 1
Cazan auxiliar SIM 322 Ieșire digitală 32 CH 6ES7 322 -1BL00 - 0AA0 1
Cazan auxiliar SIM 322 Ieșire digitală 16 CH 6ES7 322 -1BH01 - 0AA0 1
Cazan auxiliar SIM 331 Intrare analogică 8 canale 24 V 13 biți 6ES7 331 - 1KF01- 0AB0 1
Cazan auxiliar SIM 331 Intrare analogică 8 CH 6ES7 331 - 7KF02 - 0AB0 1
Cazan auxiliar SIM 331 Intrare analogică 8 CH 6ES7 331 - 7HF01 - 0AB0 2
Cazan auxiliar SIM 332 Ieșire analogică 8 CH 6ES7 332 - 5HF00 - 0AB0 1
Cazan auxiliar SIM 332 Ieșire analogică 4 CH 6ES7 332 - 5HD01 - 0AB0 1
Mașinile agricole moderne trebuie să funcționeze în cel mai eficient mod. Adesea sunt deja echipate cu sisteme electronice de control. Acționările instrumentelor agricole de astăzi sunt în principal mecanice sau hidraulice. Evoluțiile și îmbunătățirile recente ale acționărilor electrice întăresc aplicabilitatea acestora în mașinile agricole. Reducerea consumului de combustibil ca urmare a randamentului ridicat și a procedurilor de lucru automatizate prezintă un anumit interes. În ceea ce privește arhitectura sistemului, așa-numitele structuri agro-hibride pot fi derivate din sistemele-hibride-automobile. Acestea trebuie să fie definite și selectate împreună cu funcționalitatea necesară. Vor fi prezentate câteva rezultate de bază ale unui sondaj între producătorii austrieci de utilaje și utilaje cu privire la interesul pentru acționările electrice și potențialul.
Sistemul de acționare electrică cu mai multe unități de șofer este o formă principală de control al transmisiei. Conducerea sincronă electrică este adesea problema cheie a sistemului. Principiul de bază al controlului sincron și trei tipuri de metode de control sincron sunt prezentate în acest articol, iar caracteristicile lor sunt discutate în detaliu.
Modelele sunt prezentate sub formă de circuit echivalent pentru a păstra identitatea parametrilor neliniari. Circuitele, desemnate ca formă Γ sau Γ inversă, sunt mai simple decât circuitul convențional în formă T. Parametrii lor sunt determinați cu ușurință din măsurătorile terminale. Efectele majore ale neliniarității magnetice sunt incluse în modele într-un mod care este mai precis decât cel obținut de obicei cu circuitele convenționale în formă de T. Se discută și modelarea armonicilor de timp.
Diferite tipuri de simulare Hardware-In-the-Loop pentru acționările electrice 。Simulările Hardware-in-the-loop (HIL) sunt din ce în ce mai utilizate pentru a evalua performanța unităților electrice. Simulările software conduc la dezvoltarea controlului sistemului studiat. În acest caz, în general, sunt presupuse o mulțime de simplificări pentru a reduce timpul de calcul. Înainte de implementarea în timp real a controlului, simulările HIL ar putea fi un pas intermediar foarte util. Astfel un dispozitiv hardware este introdus în buclă pentru a lua în considerare constrângerile sale reale. În această lucrare, sunt sugerate trei tipuri diferite de simulare HIL: nivelul semnalului, nivelul puterii și nivelul mecanic. Un exemplu este dat pentru sistemul de tracțiune al unui scuter electric.
Identificarea semnalului este o problemă comună în aplicațiile de acționare electrică. Această lucrare propune utilizarea transformărilor wavelet pentru a extrage și identifica componente specifice de frecvență. Inițial, măsurătorile de curent dintr-o aplicație de tensiune constantă/herți sunt filtrate folosind diverse wavelets, iar rezultatele sunt comparate cu metodele convenționale de filtrare. Se propune apoi o metodă de dezgomot pseudoadaptativă bazată pe wavelets care ajustează nivelul de descompunere în funcție de viteza rotorului. În cele din urmă, waveletele sunt utilizate într-o schemă de estimare a vitezei de injecție de înaltă frecvență și s-au dovedit a fi superioare metodelor convenționale în astfel de cazuri, în care informațiile utile pot fi la o frecvență mai mare și au componente de frecvență imprecise. Rezultatele experimentale și simulate verifică aceste afirmații.
Două probleme sunt încă o mare provocare în proiectarea și aplicarea sistemelor de propulsie electrice controlate avansate, și anume, recuperarea energiei de frânare și capacitatea de trecere a sistemului de propulsie. În afară de soluțiile obișnuite, cum ar fi convertoarele back-to-back și matrice, în unele aplicații, cum ar fi acționările de tracțiune și de ridicare, este utilizată o abordare bazată pe convertorul frontal cu diodă obișnuită echipat cu un element de stocare a energiei. Această abordare a intrat recent în atenție odată cu dezvoltarea rapidă a condensatoarelor electrochimice cu strat dublu, așa-numitele ultracondensatori. Pentru a obține flexibilitatea sistemului și o eficiență mai bună, ultracondensatorul este conectat la unitate printr-un convertor dc-dc. Convertorul este controlat astfel încât să îndeplinească obiectivele de control: controlul tensiunii DC-bus, starea de încărcare a ultracapacitorului și filtrarea puterii de vârf. În această lucrare, am discutat aspectele de modelare și control ale unității electrice controlate cu regenerare folosind ultracondensator ca dispozitiv de stocare a energiei și alimentare de urgență.
Proiectarea regulatorului de viteză pentru acționări electrice fără senzori bazat pe tehnici AI: un studiu comparativ. TS) sunt proiectate modele bazate pe reguli. Se efectuează o analiză comparativă a comportamentului unității cu aceste trei tipuri de regulatoare de viteză bazate pe AI. În plus, se face o comparație în ceea ce privește performanța unității obținută cu un controler PI optimizat convențional. Un studiu detaliat de simulare a unui număr de tranzitori indică faptul că cea mai bună performanță, în ceea ce privește acuratețea și complexitatea de calcul, este oferită de controlerul Takagi-Sugeno cu auto-organizare. Controlerele sunt dezvoltate și testate pentru o instalație care cuprinde un motor de curent continuu excitat separat cu viteză variabilă.
Din punct de vedere EMC, integrarea sistemelor de propulsie electrică în mașinile de astăzi reprezintă o provocare substanțială. Sistemul de acționare electrică este o componentă nouă constând dintr-o sursă de energie de înaltă tensiune, un convertor de frecvență, un motor electric și cabluri de mare putere ecranate sau neecranate. Tratarea acestui nou sistem de acționare electrică sau a componentelor sale ca pe o componentă auto convențională în ceea ce privește procedurile de testare EMI și limitele de emisie ar duce la probleme substanțiale de incompatibilitate. În această lucrare, sunt investigate problemele EMC legate de integrarea unui sistem de acționare electrică într-un autoturism convențional. Componentele sistemului de propulsie au fost analizate fiind fie surse de zgomot, fie parte din calea de cuplare în noul sistem electric al mașinii. Rezultatele obținute pot fi utilizate și pentru a determina nivelurile de zgomot acceptabile pe o magistrală de înaltă tensiune a unui sistem de antrenare electric.
Convertor pe partea de linie cu armonici reduse, controlat PWM pentru acţionarea electrică. Sunt descrise un modulator de lăţime a impulsului cu armonici reduse şi aplicarea acestuia la controlul unui convertor de putere pe partea de linie cu trei nivele pentru o acţionare de curent alternativ cu viteză variabilă. Schema de modulare a lățimii impulsului pentru invertorul sursă de tensiune determină fiecare moment individual de comutare pe baza unui echilibru volt-secundă actualizat continuu între vectorul de referință și vectorul de stare de comutare reală. Secvența de impulsuri generată se arată a fi asincronă. Spectrele Fourier sunt caracterizate prin absența componentelor purtătoare discrete de mare amplitudine. Emisia de zgomot acustic radiat de componentele magnetice este redusă. Rezultatele experimentale au fost obținute de la un convertor tranzistor operat de la sursa de alimentare industrială de 660 V. Tensiunea circuitului de curent continuu este de 1200 V.
Invertoarele tradiționale cu modulație a lățimii impulsului de înaltă frecvență (PWM) pe două niveluri pentru acționările cu motor au mai multe probleme asociate cu comutarea lor de înaltă frecvență, care produce tensiune în modul comun și rate de schimbare a tensiunii înalte (dV/dt) la înfășurările motorului. Invertoarele pe mai multe niveluri rezolvă aceste probleme deoarece dispozitivele lor pot comuta la o frecvență mult mai mică. Despre estimarea stării în acționările electrice .Două topologii diferite pe mai multe niveluri sunt identificate pentru a fi utilizate ca convertor de putere pentru acționările electrice: un invertor în cascadă cu surse separate de CC; și un convertor cu diodă spate în spate. Invertorul în cascadă este o potrivire naturală pentru unitățile auto mari, integral electrice, datorită cotelor VA ridicate posibile și pentru că utilizează mai multe niveluri de surse de tensiune DC care ar fi disponibile din baterii sau celule de combustibil. Convertorul cu diodă blocat spate în spate este ideal acolo unde este disponibilă o sursă de tensiune AC, cum ar fi un vehicul electric hibrid. Rezultatele de simulare și experimentale arată superioritatea acestor două convertoare de putere față de unitățile bazate pe PWM.
Este descris conceptul unui modulator PWM cu armonici reduse, așa cum este aplicat pentru controlul unui convertor de putere pe partea de linie pentru acționări electrice cu viteză variabilă. Algoritmul PWM determină durata stării de pornire a fiecărui vector de comutare pe baza observării vectorului de referință de tensiune variabilă în timp. Deoarece nu se face referire la un semnal purtător cu frecvență constantă, modelele de impulsuri generate devin asincrone. Este proprietatea esențială a acestei metode de a produce un spectru armonic cvasicontinuu în care toate componentele de frecvență au mărimi mai mult sau mai puțin egale. Acesta este un avantaj în comparație cu schemele de control PWM bazate pe purtător, care prezintă componente de bandă laterală și purtătoare de mare amplitudine în spectrele lor armonice. Emisia de zgomot acustic radiat de inductorul filtrului AC este redusă.
