Elektrotehnčk fakultet nverztet u Beograu Premet: Dgtalno upravljanje pretvaračma pogonma Semestraln ra: Sstem IFOC asnhronog motora sa mplementra gtal struj regulacjom trofaznm nvertorom kojm se upravlja pomoću PWM sgnala Mentor: Stuent: Prof. Dr. SloboanVukosavć Kosta Jovanovć 78/05 Realzacja : Beogra, aprl/maj 2009
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Saržaj 1 Premet smulacje... 2 2 potrebna vrenost moela... 3 3 Jenačne koršćene pr moelovanju... 4 4 Dgtalna strujna regulacja... 10 5 Ops moela Dgtal_control sa posstemma... 14 6 Ops koršćenh M-fajlova... 22 7 Rezultat smulacje... 23 1
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu 1 Premet smulacje Dgtal_control.ml prestavlja moel realzacje gtalne regulacje struje pr upravljanju asnhronog motora korscenjem Matlab-ovog toolbox-a Smulnk. ovom okumentu su ate teorjske postavke na kojma se zasnva moel Dgtal_control.ml objašnjena je potreba za regulacjom struje u koornat sstemu. Naveen je ops svakog o koršćenh posstema koj se korste. Najpre je potrebno pokrenut m-fle INIT.m, kako b se ncjalzovale vrenost parametara motora, kao oreo ogovarajuv gtaln kontroler pomoću pozvajućh funkcja SEARCH.m, RADICI.m, PERFORMA.m. Centraln eo moela, tj. objekat upravljanja je blok asnhronog motora u koornat sstemu Inucton Motor Moel Inverse wth Inuctanse Fun. Pore ovog bloka koj prestavlja elektrčn posstem asnhronog motora postoj blok Mechancal subsystem AM koj moeluje njegov mehančk eo. Kao algortam upravljanja naš moel korst nrektno vektorsko upravljanje mplementrano preko posstema IFOC, a koje pore merenja vrenost struja statora zahteva merenje pozcje vratla motora (označenu kao ). Kontroler koj aje potrebne naponske reference za svršenje zaatka postavljenog u smulacj at je u bloku PI regulator wth crossng effect. On je realzovan pomoću unakrsnog ntegralnog ejstva koje se oaje klasč PI regulatoru na taj načn se ostvaruje oatno rasprezanje osa. Blok koj služ za mplementacju proračunath referenc faznh napona na realan sstem označen je kao PWM + nvertor. Ostal posstem koj se korste su A/D converson kojm je prestavljena skretzacja pojenh sgnala, onosno rect coornates transformaton nverse coornates transformaton koj prlagođavaju koornate struja napona ogovarajućem oblku, tj.. Iza ovh blokova stoje Parkova obrtna Klarkna trofaznovofazna transformacja. Na kraju smulacje prkazan su rezultat ukazano je na na velčne koje su teorjsk očekvane, kao što su zgle faznh napona l realne vrenost faznh struja sa vsokofrekvent komponentom poreklom o načna upravljanja pomoću PWM moula trofaznog naponskog nvertora. Funkcja DRAW.m nakon zvršene smulacje aje preglenj prkaz velčna objenh smulacjom. 2
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu 2 potrebna vrenost moela Koršćenjem moela Dgtal_control.ml stuentu se aje pregla svh relevantnh operacja zaataka koje treba realzovat a b se mplementralo upravljanje jenog asnhronog motora u nekoj njegovoj prmen. Svak blok u moelu ma tačno oređen zaatak koj je prkazan što lustratvnje uz koršćenje komentara, svak eo je pojenako btan za pravlno funkconsanje celog sstema. Takođe, može se sptvat ra sstema pr promen nekh o parametara motora l ozv u slučaju varjacje parametara regulatora. Ovaj moel može se korstt kao polazna tačka za sleeće zaatke kao što su realzacja stog, samo saa prme rektnog vektorskog upravljanja (DFOC) l prošrvanje moela za analzu nekh oatnh pojava poput gubtaka u trofaz nvertoru slčno. kolko b postavljen zaatak bo realzacja nekog pozconog l brznskog servomehanzma ovaj moel b u vu posstema bo olčna polazna stavka. 3
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu 3 Jenačne koršćene pr moelovanju Moel asnhronog motora koj je koršćen u ovom rau je Inucton motor moel wth nverse nuctance fun, koj prestavlja moel u magnar koornat sstemu. Iz ovog razloga, polazna tačka za zrau Smulnk moela su jenačne naponskog balansa u koornat sstemu (postupak zvođenja ovh jenačna je at u skrpt sa preavanja profesora Vukosavća z premeta Elektrčne mašne): (3.1) u RS S t (3.2) u RS ωs t (3.3) D ud 0 RR D ωk Q t (3.4) Q uq 0 RR Q ωk D t Pr zvođenju ovh jenačna načnjene su sleeće pretpostavke: elektrčn posstem motora je mreža sa skoncentrsanm parametrma; nema gubtaka u sprež polju; zanemarena je energja akumulrana u elektrč polju; magnetn mejum je lnearan (zanemarena je pojava magnetnog zasćenja). Vezu zmeđu elektrčnog mehančkog posstema mašne čne zraz za elektromagnetn moment (3.5) M em Njutnova jenačna 4
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora R (3.6) J M em M opt. t c@etf.bg.ac.yu Gornje jenačne važe za olutne vrenost napona, struje, fluksa, ugaone brzne momenta. Međutm, u moelu se korste normalzovane, onosno relatvne, a ne olutne velčne. Neke o prenost koršćenja moela sa relatvnm jencama su: mogućnost jenostavnog upoređvanja motora razlčth nazvnh snaga preko relatvnh vrenost; mogućnost a se jenostav zme baznh vrenost u nt atotec moeluje rug motor, t. Kao rezultat zamene olutnh velčna relatvnm, na pojenm mestma u jenačnama (3.1) - (3.6) pojavće se oatn koefcjent skalranja. Narene jenačne opsuju kako se vrš relatvzacja svh relevantnh velčna parametara u moelu. Smbol koj se onose na olutne velčne maće oznaku u superskrptu, ok smbol koj se onose na relatvne vrenost ra jenostavnost neće mat nkakvu oatnu oznaku: (3.7) u u,, I Z, I R R, Z (3.8) u u u I Z (3.9) ω Z I ω ω tcaj koj ma uvođenje relatvnh vrenost na jenačne naponskog balansa bće prkazan na prmeru statorske ose: u R S t ω S u R S Z I ω t ω S ω ω 5
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora 1 (3.10) u RS ωs ω t c@etf.bg.ac.yu Preuređvanjem jenačne (3.10) obja se: (3.11) ω ( u RS ωs ). t Prme slčnog postupka na jenačne (3.2), (3.3) (3.4) obja se: (3.12) ω ( u RS ωs ), t (3.13) D ω ( RS D ωk Q ), t (3.14) Q ω ( RS Q ωk D ). t Skalranje se mora zvršt pr relatvzacj momenta. Name, ukupna elektrčna snaga na prključcma motora je P n I cos. sle gubtaka u statorskom kolu na rotor se prenos samo eo ulazne snage, zražen koefcjentom efkasnost, tako a je snaga obrtnog polja ata sa P ob I cos. Nomnaln elektromagnetn moment znos (3.15) M P ob, I cos, pa se njegova relatvna vrenost (3.16) M em M M em M može zrazt na sleeć načn (3.17) M em I cos I cos I ( ) 6
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora (3.18) M em cos c@etf.bg.ac.yu Kako su pr zvođenju zraza za moment zanemaren gubc u gvožđu, frkcja ventlacja, realn moment bće za oko 10% manj o onog koj aje gornj zraz, pa je konačno: (3.19) M K ), em m ( (3.20) 0.92 K m. cos Po pretpostavkom a su raspne nuktvnost statora rotora jenake, proračun struja,, D Q z flukseva jenačna:,, D Q može se obavt na osnovu sleećh (3.21) e S R, 2 e R S R 2 m, D S m D R D m ( S m ) ( R m ) D (3.22) ) ( ), D ( S m D e (3.23) D ( D ), 2 (3.24) ) ( ), Q ( S m Q e (3.25) Q ( Q ). 2 Moment nercje J nje uzet z kataloga, već je zabran tako a prelazn proces u sstemu buu uočljv, a a smulacja ne traje prevše ugo. Mala vrenost momenta nercje učnla b prelazne procese brzm, tako a b bo potreban zuzetno mal korak ntegracje a b se on uočl. S ruge strane, velko J b sstem učnlo sporm, trebalo b puno vremena a se ostgne staconarno stanje, pa b vreme smulacje moralo a se prouž. Po algortmu nrektnog vektorskog upravljanja na osnovu ostuphn merenja statorskh struja pozcje vratla motora problem prestavlja estmacja pozcje rotorskog fluksa. 7
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Da b ostvarl pretpostavku a vektor rotorskog fluksa lež na os snhrono rotrajućeg koornatnog sstema ( r, 0 ) potrebno je a postgnemo ogovarajuću brznu klzanja. Sleeće jenačne nam aju proračun strujnh referenc koje b postgle željene vrenost rotorskog fluksa * r elektromagnetnog momenta * Mem. Postupak zvođenja ovh jenačna je prkazan u preavanjma profesora Vukosavća z premeta Dgtalno upravljanje pretvaračma pogonma. (3.26) (3.27) (3.28), što uz prepostavku, aje Konačno, procena trenutne pozcje rotorskog fluksa njegove brzne u bloku IFOC je oređena na sleeć načn (korsteć ostupne poatke - zmerenu pozcju osovne rotora procenjeno klzanje ): (3.29) (3.30) (3.31) (3.32) Napomena: vreme zvršavanja algortma ekvvalentno je perou PWM sgnala ( ), ovakvo oabrana peroa prestavlja najbolje rešenje ovog problema. kolko b, upravljenje b zračunaval prečesto neke vrenost b ostale neskoršćene, sa ruge strane u slučaju, svako zračunato upravljenje b korstl tokom vše peroa mpulsne šrnske moulacje. 8
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Kako je moel našeg motora at u koornat sstemu u kome se vrš strujna regulacja (potreba za ovm je ata u sleećem poglavlju), ok upravljanje motora ramo pomoću trofaznog nvertora takođe merenja statorskh struja ramo u real trofaz koornat sstemu jasno je a su nam potrebne jenačne za vofaznotrofaznu Klarknu obrtnu Parkovu transformacju. Izraz kojma postžemo ove transformacje su sleeć: 1. rektna Klarkova transformacja, nvarjantna po ampltuama elektrčnh velčna, tj. za : (3.29) 2. rektna Parkova transformacja (3.30) 1. nverzna Parkova transformacja (3.31) 2. nverzna Klarkova transformacja, nvarjantna po ampltuama elektrčnh velčna, tj. za (3.32) 9
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora 4 Dgtalna strujna regulacja c@etf.bg.ac.yu Poznato je a se momentom može upravljat preko fluksa l preko struje. Kako je, a, občno je, nameće se a je upravljanje strujom pogonje brže. Ko vektorskog upravljanja (u našem slučaju nrektno vektorsko upravljanje) clj koj želmo a postgnemo je raspregnuto upravljanje momentom fluksom. Kaa se to postgne, taa komponente fazora statorske struje kontrolšu ove velčne na sleeć načn. kolko posmatramo jean fazn namotaj statora moelramo ga sa (pr tome elektromotornu slu smatramo sporopromenljvm poremećajem) pretpostavmo a za regulacju korstmo klasčan PI regulator kao na slc1. K u p 1 K + + p s + R + s - - E ~ 0 Slka 1 objekat upravljanja regulsan pomoću povratne sprege sa PI regulatorom tom slučaju funkcja spregnutog prenosa o ulaza u vu strujne reference o zlaza u vu ostvarene struje b glasla : (4.1) Prmetmo a je u slučaju reference u vu oskočnog sgnala greška praćenja jenaka 0, na osnovu prve grančne teoreme u aplasovom omenu. 10
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Ako b strujnu regulacju ral u koornat sstemu referenca struje ne b bla oskočnog tpa već snusoa na nekoj učestanost, što b rezultovalo kašnjenjem sgnala. Prva eja je a se ovaj problem reš povećavanjem proporconalnog ejstva regulatora što b rezultovalo povećanjem propusnog opsega sstema. ovom slučaju ako b mal ealnu stuacju u smslu otklanjanja šuma prefltrom poremećaja, opet ostaje ptanje kolko proporconalno ejstvo sme bt povećano majuć na umu a ma kolko moel bo preczan uvek postoje stvar koje smo zanemarl l prevel. Ko mašna nazmenčne struje pr relatvno velkm momentma vrlo mala greška u faz može a prourokuje velke probleme u smslu a upravljanje vše neće bt raspregnuto, tj. a vše ne možemo nezavsno upravljat momentom fluksom. Iz ovog razloga neophono je strujnu regulacju vršt u zamšlje koornat sstemu ge b nam reference zasta ble oskočn sgnal ne b mal problema sa fazom jer b sgnal u staconar stanju bl konstantn. Bazrajuć se na prncpu unutrašnjeg moela (IMP nternal moel prncple), korsreć klasčan PI regulator olazmo o problema neželjene sprege, ge upravljačkom promenljvom elujemo ne samo na, već na. Slčno je sa. Deteljnje o zvođenju ovog problema vet u preavanjma profesora Vukosavća z premeta Dgtalno upravljanje pretvaračma pogonma. Ovaj, problem rasprezanja osa može se rešt uvođenjem unakrsnog ntegralnog ejstva u reguator kao na slc 2. Slka 2 zgle PI regulatora sa oatm unakrsnm ntegralnm ejstvom 11
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Kaa smo objasnl kakvog oblka treba a bue naš regulator saa treba a oremo optmalne parametre gtalnog regulatora koj ćemo mplementrat u računaru. Za to su nam potrebn moel objekta upravljanja, trofaznog nvertora mernog sstema u skret omenu. realnoj stuacj napon zračunat kao srenja vrenost na ntervalu jene peroe oabranja, prmenjuje se tek u sleećoj pero. Dskretn funkcja prenosa objekta upravljanja glas sa ovm osobnama glas: (4.2), ge je, a. Invertor je prestavljen občnm pojačanjem jenosmernog napajanja pojačavaju mpuls PWM sgnala. Što u relatvnm jencama znos, kojm se (4.3) Problem koj se javlja pr merenju statorskh komponent struje je sleeć: fazne struje koje nače maju oblk snusoe maju oatn šum na učestanost. Kako je, jasno je a teorema oabranja neće bt spunjena. Iz tog razloga potrebno je analognm fltrom zfltrrat sve preko. Kako ne možemo ostvart takav ealan fltar, kompromsno rešenje postžemo kroz kombnacju realnog analognog fltra oversemplnga (sgnal sa strujnog senzora se oabra češće o ostatka sstema). Na ovaj načn b spunjavanjem mofkovanog Šenonovog uslova (a su ampltue sgnala na učestanostma većm o polovne učestanost oabranja manje o vrenost koju nos bt najmanje težne tog A/D konvertora) obl prhvatljve rezultate. z aproksmacju a je sgnal struje čsta snusoa, kao a je njegova promena lnearna tokom jene peroe upravljanja, funkcju prenosa mernog sstema možemo zapsat kao: (4.4) 12
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Pretpostavljen oblk funkcje prenosa gtalnog regulatora u vu klasčnog PI regulatora je: (4.5) clju nalaženja optmalnh vrenost kontrolera, potrbno je posmatrat karakterstčan pol, koj prestavlja menlac funkcje spregnutog prenosa celog sstema: (4.6). Izračunavanjem karakterstčnog pola se obja: (4.7), Ge smo ra preglenost korstl smene: (4.8), ; ; ;. Algortam oređvanja optmalnh(u nekom smslu) parametara regulatora, zvršava se pozvanjem oređenh m-fajlova. To su funkcje SEARCH.m, RADICI.m PERFORMA.m, koje vrše procenu parametara tako što u napre želje prostoru parametara pretražuju najbolje rešenje. Krterjumom po kome se oređuje optmalnost parametara, penalzraju se sleeće pojave (sa razlčtm težnama): Polov na negatv elu realne realne ose z ravn Polov blzu jenčnog kruga z ravn Koefcjent prgušenja manj o 0.4 Mofkacjom krterjuma, obl b razlčte optmalne vrenost za parametre našeg regulatora. 13
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora 5 Ops moela Dgtal_control sa posstemma c@etf.bg.ac.yu Na slc 3. prkazan je moel Dgtal_control kao realzacja sstema za nrektno vektorsko upravljanje asnhronm motorom pomoću gtalne strujne regulacje trofaznog nvertora upravljanog PWM sgnalom. Slka 3 Moel Dgtal_control.ml Saa sle samo kratak prncp raa sstema, ok je funkcja svakog o posstema etaljno opsan u nastavku. Centraln eo je blok. To je moel asnhronog motora u zamšlje koornat sstemu relatvnm jencama. Pore ovog bloka nerazvojn eo je. Ova va bloka opsuju elektrčn mehančk posstem asnhronog motora. Blok je realzacja nrektne vektorske kontrole (procena pozcje fluksa rotora oređvanje referenc statorskh komponenata struje na osnovu merenja pozcje vratla rotora referenc za vrenost momenta fluksa). Posstem je realzacja gtalne strujne regulacje pomoću PI regulatora sa unakrsnm ntegralnm ejstvom. Ovaj regulator na osnovu strujne greške (razlke referentne zmerene 14
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu vrenost komponenata statorskh struja) proračunava napone koje je potrebno ostvart na fazama motora. Blok ma ulogu a za poznate reference napona generše upravljačke sgnale u vu PWM sgnala koj će upravljat trofaznm nvertorom. Invertor će zatm a ostvar napone čja će prroa a bue nalk referencama što je zapravo svrha ovog bloka. Zbog regulacje struje u koornat sstemu, kao zbog koršćenog moela motora u stom, a sa ruge strane zbog realnh marenja struja svake o faza statora, kao upravljanja svakom o faza pojenačno pomoću trofaznog nvertora javlja se potreba za transformacjama sgnala struja napona z realnog u magnarn prostor obratno. Ove transformacje su realzovane sleećm blokovma:,,, Zbog gtalne strujne regulacje (koja se realzuje u računaru) potrebno je zmerene analogne velčne (struje pozcju vratla ) prevest u skretn omen. To se postže A/D konvertorma koj su realzovan u vu blokova. - Posstem Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun Prestavlja moel asnhronog motora u koornat sstemu. Njegov ulaz su relatvne vrenost napona na statorskm prključcma u u, ugaona učestanost obrtanja statorskog polja brzna obrtanja vratla rotora R. Izlaze z bloka čne relatvne vrenost statorskh struja, elektromagnetnog momenta fluksa rotora. Matematčka pozana ovog bloka su jenačne (3.1)-(3.20). Na slc 4 na sleećoj stran prkazana je nterna struktura bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun, koj sarž posstem Inverse Inuctance čja je uloga a na osnovu objenh vrenost komponenata fluksa statora rotora ore vrenost komponenata struja na osnovu jenačna (3.221), (3.22), (3.23), (3.24) (3.25). 15
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Slka 4 nterna struktura bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inucton Fun Pore elektrčnh velčna koje su moelovane ovm blokom vrlo važan eo je mehančk posstem Mechancal sybsystem AM, prestavljen jenač (3.6), čja je struktura prestavljena na slc 4. laz u mehančk posstem je razvjen elektromagnetn moment (zlaz bloka Inucton Motor Moel wth Inverse Inuctance Fun ), a njegov zlaz je brzna obrtanja vratla motora. Slka 5 nterna struktura bloka Mechancal sybsystem AM 16
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu - Posstem IFOC Prestavlja upravljanje momentom fluksom asnhronog motora pomoću nrektnog vektorskog upravljanja. laz u ovaj blok su referentn moment fluks čje vrenost je potrebno ostć u samom motoru, zmerena pozcja osovne rotora. Merenjem pozcje osovne rotora objamo mogućnost a nrektnu vektorsku kontrolu prmenjujemo u slučajevma kaa je potrebno razvjat male brzne, što je prenost u onosu na rektnu vektorsku kontrolu. Ipak neostatak je što nam je potrban oatn senzor na vratlu rotora (avač na vratlu) za merenje ove pozcje. Izlaz bloka IFOC su strujne reference koje se prosleđuju struj regulatoru, kao procenjena pozcja ( brzna) fluksa koja ma velku vašnost zbog planranog raspregnutog upravljanja. Ovaj blok je realzacja jenačna (3.26) (3.32). Prkaz nterne strukture bloka IFOC je at na slc 6. Slka 6 nterna struktura bloka IFOC 17
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu - Posstem Struktura regulatora je etaljno opsana u poglavlju 4 Dgtalna strujna regulacja. laz u ovaj posstem su referentne vrenost komponenata statorskh struja kao stvarne (zmerene vrenost) ovh komponenata brzna obrtanja fluksa koja nam je potrebna zbog unakrsnog ntegralnog ejstva. Proračunavanjem strujnh grešaka zaatak ovog kontrolera, koj je po svojoj PI regulator sa unakrsnm ntegralnm ejstvom, jeste a ore potrebne napone koje treba ovest na motor a b on ostvaro željen moment fluks. Na slc 7 je prkazana šema realzacje regulatora koj je at oblku kao na slc 2. Treba napomenut a se parametr regulatora (proporconalna ntegralna pojačanja rektnog ukrštenog ejstva) objaju pomoću M-fajlova: SEARCH.m, RADICI.m PERFORMA.m, a po postupku koj je etaljno opsan u poglavlju 4. Slka 7 nterna struktura bloka PI regulator wth crossng effect 18
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu - Posstem Blok ma ulogu a napaja asnhron motor ogovarajućm faznm naponma. Tj. a realzuje naponske reference koje su objene kao rezultat raa regulatora u sstemu, naravno posle ogovarajućh transformacja Kao što je očekvano referentn napon su u oblku fazno pomerenh snusoa sa pomere fazom za, on prestavljaju ulaze ovog bloka. Koršćenjem specjalnog bloka PWM generatora objamo mpulse koj prestavljaju upravljačke sgnale za trofazn naponsk nvertor koj uključuju ogovarajuće IGBT tranzstore u real slučaju, ok u ovom rau prestavljaju sgnale koj uključuju občne prekače (koj moeluju tranzstore) za napajanje asnhronog motora. Za učestanost nosoca ko mpulsno šrnske moulacje zabrana je vrenost. Dakle, zlaz bloka koj uključuje PWM moulacju naponsk nvertor jesu fazn napon koj se ovoe na faze statora. Iz razloga koršćenja asnhronog motora u koornat sstemu potrebno je još ogovarajućm transformacjama prlagot ove napone. Struktura opsanog bloka se nalaz na slc 8. Slka 8 nterna struktura bloka PWM + Invertor 19
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu - Posstem Inverse/rect coornates transformaton /I Potrba za rekt Parkovom Klark transformacjom javlja se zbog regulacje struje u koornat sstemu, ok se sa ruge strane poac o zmerenm velčnama struje uzmaju u real trofaz koornat sstemu ( ) - Drect coornates transformaton I. Isto tako, zbog koršćenja moela motora u sstemu, potrebno je pomoću nverznh transformacja prlagot ove velčne za merenje u realan trofazn sstem - Inverse coornates transformaton I. Blok Inverse coornates transformaton se korst a napone faza objene kao rezultat raa regulatora u sstemu prlago upravljanju pomoću PWM sgnala trofaznog naponskog nvertora. I konačno posstem Drect coornates transformaton ma ulogu a upravljačke napone objene z nvertora - prlago koršće moelu motora u koornat sstemu. Jenačne koje se korste za zvršavanje ovh transformacja ate su poglavlju 3 (3.29),(3.30),(3.31) (3.32). Na slkama spo (slke 9 10) prkazana je samo nterna struktura blokova za rektnu ( ) nverznu ( ) transformacju struja, jer se ko napona transformacje vrše na st načn. Slka 9 nterna struktura bloka Drect coornates transformaton I 20
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Slka 10 nterna struktura bloka Inverse coornates transformaton I - Posstem A/D converson Zbog gtalne regulacje struje potrebno je zmerene vrenost analognh velčna skretzovat. Na prkaza moelu takve velčne su fazne struje pozcja osovne rotora, koja se rektno mer pomoću avača na vratlu. Za A/D konverzju su koršćen oabrač kvantzator, kao u real sstemu kaa b korstl računar za obrau rezultata. Treba napomenut a se pre oabranja ogovarajuć sgnal najpre fltrraju kako b se utcaj šuma poremećaja, u kombnacj fltracje oversemplnga, anulrao. Struktura jenog o blokova za A/D konverzju prkazan je na slc 11. Slka 11 nterna struktura bloka A/D converson 21
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu 6 Ops koršćenh M-fajlova M-fajlov koj se korste za smulacju upravljanja asnhronog motora pomoću gtalne strujne regulacje su INIT.m, SEARCH.m, PERFORMA.m, RADICI.m DRAW.m. Pre uključvanja Smulnk moela Dgtal_control.ml potrebno je pokrenut fajl INIT.m a b efnsal sve parametre relevantne za smulacju. Fajl INIT.m najpre efnše parametre asnhronog motora po kataloškm vrenostma za 4-poln motor moel ZK132, prozvođača Sever, nalne snage 7.5kW. Zatm se unose nalne vrenost struja, napona, momenta, klzanja, kao vrenost statorske rotorske otpornost, nuktvnost statora rotora, međusobna nuktvnost zračunava se nuktvnost raspanja. Važno je napomenut a se ove velčne unose u relatvnm jencama, jer na taj načn objamo na fleksblnost promene parametara. Tj. ukolko je potrebno posmatrat zamenu motora nekm rugm l posmatrat promenu ponašanja sstema usle promene nekog o parametara u onosu na znos rugh parametara slčno. nastavku fajla INIT.m se efnšu poac fezan za smulacju poput koraka smulacje, peroe PWM sgnala, efnsanje broja polova, broj bta kvantzatora, parametr NF fltra Fajlov SEARCH.m, PERFORMA.m RADICI.m služe za oređvanje parametara PI regulatora. Fajl SEARCH.m se pozva z fajla INIT.m njegova uloga je a pretražuje oređen prostor parametara p, ore optmaln par (p,) koj će mnmzovat krterjum koj je efnsan u Matlab-ovoj funkcj PERFORMA.m. Naveenm krterjumom sleeće osobne sstema su penalzrane : polov na negatv elu realne realne ose z ravn, polov blzu jenčnog kruga z ravn koefcjent prgušenja manj o 0.5. M-fajl RADICI.m sluz za formranje karakterstčnog pola zračunavanje polova za oređen par parametara (p,). Kaa se ore optmalan par (p,), na osnovu zraza (4.8) u programu INIT.m oređuju se optmalne vrenost pojačanja proporconalnog, ntegralnog unakrsnog ejstva - Kp, K, Kc, za ste se scrtava oblk step ozva. Funkcja DRAW.m se korst nakon obavljene smulacje, služ za srtavanje preglenj prkaz relevantnh poataka kao što su sleeće velčne, zmerene na motoru: Moment (Torue) Flux rotora (Flux_rot) Fazn napon (voltage) Struja jene faze (electrcty) 22
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu 7 Rezultat smulacje Smulacja je vršena sa fksnm korakom, za korak smulacje zabrana je vrenost zabrana je Euler-ova(oe1) metoa za numerčku ntegracju. Potreba za ovako malm korakom smulacje prozlaz z čnjence a u moelu fguršu blokov koj prestavljaju kontnualne ssteme (npr. moel motora, analogn senzor za merenje struje sa analognm fltrma) naravno skretn posstem (npr IFOC, gtaln strujn regulator). Još manja vrenost ovog parametra b prevše usporla regulacju ako b rezultat bl prhvatljvj, ok b povećavanje ovelo o egraranja funkconsanja sstema koj treba a prav jasnu razlku zmeđu kontnualnh skretnh moula. Za vrenost peroa mpulsno-šrnske moulacje uzeto je. pravljačk algortam upravo ra sa peroom oabranja kao što je u rau već objašnjeno a ne b ošlo o pojava kao što su zaavanje upravljačkog sgnala vše puta sa stom vrenošću l uzmanje obraa poataka češće nego što b se on mogl skorstt. Smulacja traje 3s pokazan je ozv momenta na referencu koja prestavlja mpulse koj počnju posle jene sekune kaa se uspostav zaata vrenost fluksa u rotoru koja znos 1 [r.j]. Taa se referenca momenta menja nazmenčno sa vrenost 1 [r.j] na 0.4 [r.j] svakh 0.5s. trenutku u bloku koj prestavlja moel mehančkog posstema motora oato je opterećenje na vratlu ampltue 0.4 [r.j], projektovan sstem pokazuje se, lako se zbor sa ovm poremećajem. Pore opsane reference za moment, pomoću bloka Sgnal bler ostavljena je mogućnost zaavanja reference u oblku občnog pulsrajućeg sgnala, kao step sgnala. Pr pokretanju smulacje najpre je potrebno pokrenut M-fajl INIT.m koj će ncjalzovat vrenost parametara motora, parametara potrebnh za smulacju pozvat funkcju SEARCH.m koja će uz pomoć funkcja RADICI.m PERORMA.m oret optmalne parametre kontrolera za zabran krterjum. Dobjaju se sleeće vrenost: (proporconalno pojačanje) (pojačanje ntegralnog ejstva u rektnoj gran) (pojačanje unakrsnog ntegralnog ejstva) 23
M e m (r.j) OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Za objene parametre zabranu matematčku reprezentacju sstema zračunavamo polove: Zatm pokrećemo smulacon moel Dgtal_control.ml. Posle obavljene smulacje funkcja DRAW.m aje prkaz rezultata kroz ostvaren moment, fluks, kao struje napone koj se razvjaju u fazama motora. Dobjen rezultat prkazan su na slkama 12,13,14 15: 1.4 Electromagnetc torue 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t(sec) Slka 12 Elektromagnetn moment koj razvja motor 24
Flux (r.j) OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu 1.4 Rotor flux 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t(sec) Slka 13 Fluks rotora tokom smulacje Slka 14 Fazn napon motora u toku smulacje Napomena: zumran eo pokazuje onos faznh napona koj potrvđuje praktčno skustvo teorjske pretpostavke a su ov napon st po ampltu a fazno pomeren za. 25
OS4DPP Dgtalna regulacja struje pr upravljanju asnhronog motora c@etf.bg.ac.yu Slka 15 Struja jene faze asnhronog motora Napomena: zumran eo pokazuje kako realno zgleaju struje u fazama motora upravljanog pomoću PWM moula sa trofaznm nvertorom. Razlka u onosu na referentnu vrenost struje je vskoko frekventna komponenta na učestanost. 26