Synteza bezczujnikowego sterowania maszyną indukcyjną klatkową zasilaną z falownika prądu.

Opis:

Celem monografii jest dokonanie syntezy bezczujnikowego sterowania napięciowego maszyną indukcyjną klatkową, zwłaszcza zasilaną z falownika prądu. Wnikliwy opis popularnych metod linearyzacji obiektu jest konieczny, gdyż autor proponuje nową transformację zmiennych stanu modelu maszyny zasilanej z falownika prądu do postaci zmiennych multiskalarnych oraz uzyskanie prawa regulacji na dwa sposoby: poprzez podejście klasyczne oraz adaptacyjne (backstepping). Podstawowe sposoby linearyzacji opisano szczegółowo w rozdziale 3.

Sterowanie polowo zorientowane (sterowanie prądowe) maszyną jest prostsze w implementacji niż napięciowe, nie pozwala jednak na pełną linearyzację tak złożonego modelu obiektu, jakim jest maszyna zasilana z falownika prądu. Dopiero wprowadzenie odpowiedniej transformacji (zmiennych multiskalarnych) ze statycznym sprzężeniem zwrotnym umożliwia uzyskanie pożądanych rezultatów linearyzacji i poprawy właściwości układu regulacji, co przedstawiono m.in. w rozdziale 4. Zaproponowano układ regulacji z regulatorami proporcjonalno-całkującymi. Ze względu na bardzo dobre właściwości układów regulacji, w których wykorzystywany jest mechanizm adaptacyjny, zaproponowano wyznaczenie linearyzującego sprzężenia zwrotnego za pomocą metody backstepping.

W rozdziale 6 pokazano zastosowanie metody backstepping z adaptacyjnym prawem sterowania do syntezy sterowania maszyną indukcyjną klatkową zasilaną z falownika prądu. Wykorzystano transformacje zmiennych stanu obiektu do postaci multiskalarnej „ς”, „r” i „s”. Struktury regulacji z rozdziałów 4 i 6 wymagają estymacji składowych wektora strumienia wirnika. W rozdziale 7 przedstawiono syntezę obserwatora prędkości kątowej wirnika, w której wykorzystano metodę backstepping. Zaproponowano trzy nowe struktury, które nazwano Z, M i F.

Sterowanie, w którym estymowano prędkość kątową wirnika, jest nazywane bezczujnikowym, z ang. sensorless control. Struktury obserwatorów prędkości kątowej wirnika z rozdziału 7 zawierają funkcje stabilizujące, które otrzymano po zastosowaniu twierdzenia Lapunowa. W rozdziale 8 omówiono analizę stabilności struktur Z, M i F poprzez linearyzację wokół punktu równowagi. Na podstawie zlinearyzowanego modelu błędów obserwatora można uzyskać informację na temat dynamiki obserwatora w otoczeniu zadanego punktu równowagi. Rozkład wartości własnych na płaszczyźnie zmiennych zespolonych pozwala na dobór takich wzmocnień obserwatora, aby zapewnić kompromis pomiędzy dostatecznym tłumieniem a dynamiką. W rozdziale 8 zaprezentowano analizę zbieżności struktur Z, M, i F oraz – na podstawie twierdzenia o trwałym pobudzaniu – wyznaczono warunki, jakie musi spełniać dowolna z tych struktur, aby błędy estymat dążyły wykładniczo do zera.

Od ponad 20 lat na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej prowadzone są badania nad strukturami układów sterowania maszynami indukcyjnymi klatkowymi zasilanymi z falowników napięcia. Autor monografii od 2003 roku prowadzi badania nad nieliniowymi i bezczujnikowymi strukturami regulacji maszyn zasilanych przekształtnikowo, przede wszystkim za pomocą falowników prądu. Rezultaty tych badań opisano w omówionej rozprawie.