Sodobna orodja in postopki za načrtovanje algortimov vodenja servopogonov
description
Transcript of Sodobna orodja in postopki za načrtovanje algortimov vodenja servopogonov
Sodobna orodja in postopki za načrtovanje algortimov vodenja
servopogonov
Miran Rodič, Karel Jezernik [email protected], [email protected]
http://www.ro.feri.uni-mb.si/
Avtomatizacija v industriji in gospodarstvu, Maribor, april 2003
Vsebina• Uvod• MATLAB/Simulink• dSPACE• Simulacijski pristop• Statično obremenjevanje• Dinamična emulacija mehanskih bremen• Primer izvedbe – testno mesto za
preizkušanje električnih motorjev• Zaključek
Uvod
Programiranje:• Preteklost - Assembler in C• Prihodnost – grafično programiranje
Simulacije:• Preteklost - Assembler in C & PC• Sedanjost – MATLAB/Simulink & PC• Prihodnost – dinamična emulacija
mehanskih bremen
MATLAB/Simulink
• Programsko orodje za tehnično računanje
• Vizualizacija
• Zmogljiv programski jezik
• Veliko število knjižnic in orodij
• Zelo razširjeno orodje – skoraj že standard!
Simulink
• Grafično orodje
• Podpora za simulacije linearnih in nelinearnih dinamičnih sistemov
• Možna avtomatska pretvorba v programski jezik C
Simulink – člen 1. reda
Člen 1. reda
Člen 1. Reda z omejitvijo
Simulink – Wattov regulator
2
2 2
2 sin 2
2 sineB ml Td
dt J ml
202
1sin 2 sin
2
d B g
dt ml l
d
dt
Shema
Model
1s
w_th
1s
w
1s
th
sin
sin
T_e
u2
u2
0.5*m*l^2
m*g*l
B_0
1/m/l^2
2*m*l^2
2*m*l^2
2
J
B
Simulink – Wattov regulator
Model v Simulinku
dSPACE
• Preprosto, popolnoma integrirano orodje za:
- “Rapid prototyping”
- “Hardware-in-the-loop”
• Grafični vmesnik
• Možna uporaba v vseh fazah projekta
dSPACE
Simulacijski pristop
• Ni potrebe po fizičnem objektu
• Potrebni so modeli sistemov - imamo bolj ali manj natančne približke
• Ni možnosti preizkusa sistema vodenja
Simulacijski pristop – MATLAB/Simulink
Statično obremenjevanje z uporabo elektromehanskega
sistema• Klasičen postopek meritev električnih motorjev
• Potreben je fizični objekt - pogon
• Možno preizkušanje sistemov vodenja
• Možno preiskušanje s konstantno ali statično obremenitvijo
• Emulacija v pogojih odprte zanke
Statično obremenjevanjeOsnovni princip:
e L
dJ T Tdt
Razni tipi bremen:
Linearno trenje:
Suho trenje:
Zračni upor:
L vT B
signL stT B
2L zuT B
Dinamična emulacija mehanskih bremen
• Nadgradnja sistema za statično obremenjevanje • Emulacija v pogojih zaprte zanke• V osnovi isti sistem kot pri statičnem obremenjevanju – drugi
algoritmi• Mogoče je direktno vključevanje modela mehanizma v
algoritem vodenja• Emulacija mehanskih karakteristik aplikacije brez uporabe
dejanskega mehanizma• Mogoča uporaba več mehanizmov na enem sistemu
Princip dinamične emulacije mehanskih bremen
G(s) Te(s) Gem(s) -1
G (s) -1 TL(s)
+
-
+
-
ω(s)
G(s) – dejanski sistem
Gem(s) – emulirani sistem
Princip dinamične emulacije mehanskih bremen z uporabo
sledenja hitrosti
G(s) – dejanski sistem
Gem(s) – emulirani sistem
Gt(s) – regulator navora
Gcomp(s) – kompenzacijski algoritem
Te(s) Gem(s)
ωem(s) Gcomp(s) Gt(s)
+
- G(s)
ω(s)
Primer izvedbe – testno mesto za preiskušanje električnih
motorjev
Eksperimentalni sistem
Pogonski motor (AM)
Aktivno breme (BLM)
Pretvornik-AM
TSM/SM
Tout
Krmilnik-AM (DSP)
r
DC link -BLMM
DC link -AM
Te
TL
meritev tokov
PC – nastavljenje referenc in parametrov, pridobivanje podatkov,
razvoj programske opreme
Krmilnik/ Pretvornik-BLM
Pogonski motor (AM):•Tip T100L8•1,5 kW•220/380 V•7,6/4,4 A•920 rpm
Aktivno breme (BLMM):•142UMD400CACAA•10,7 Nm/19,8 Nm•380/480 V•8,9/16,5 A•4000 rpm
Hardware-in-the-loop
Objekt vodenja
dSPACE - karta
DS1103 PPC Controller Board: •PowerPC 604e, 400 MHz•2 MB local SRAM•32 MB ali 128 MB global DRAM•16 A/D kanalov, 16 bitnih•4 A/D kanalov, 12 bitnih•8 D/A kanalov, 14 bitnih •Inkrementalni dajalnik (7 vhodov) •32 digitalnih I/O kanalov•Serijski vmesnik•CAN vmesnik •Eno in tri fazni PWM•4 capture vhodi•2 ADC enoti, 8 vhodov, 10 bitnih•18-bit digitalni I/O
VLT 5004
2.2 kW
Pretvornik za vodenje asinhronskega motorja
UNIDRIVE UNI 2402
11 kW
Pretvornik za vodenje aktivnega bremena
Algoritem vodenja
GETTING STARTED WITH DSPACE SYSTEMA SIMPLE PWM CONTROLLER
A TRIGGERED A/D SUBSYSTEMAN ENCODER INTERFACE
CURRENT AND DC VOLTAGE PROTECTIONS
by ret & mmb
f ref _in
ENf ref _out
freq_ramp
10
fref
enc_in enc_f il
enc_fi l
w_ref
is_abc
enc
usab_ref
theta
control_scheme
RTI Data
Param
Trigger()
enc
ENABLE
Ud
Tq_act
ia,b,c
Data_ready
MEASURE & CONTROL
DS1103SLAVE Board
PWM-Interruptsymmetric delay
DS1103SL_DSP_PWMINT
Trigger()enc
ENABLE
Ud
tq_act
ia,b,c
f ref
theta
usab_ref
CURRENT CONTROL
Glavno okno – vektorsko vodenje
Inicializacija – datoteka v Matlabu
Data acquisi tion
6
Data_ready
5
ia,b,c
4
T q_act
3
Ud
2
ENABLE
1
enc
Ud_v ol
Ud A/D
Software Interrupt
Software Interrupt
ia,b,c
enc
Ud_in
TRIP_OUT
SC Protection
speed, theta_m
ENCODER INT ERFACE
ia,b,c
Currents A/D
TRIP_IN
Ud_IN
enable
Control
1
Constt
act_tq
ACT _T Q A/D
f()
T rigger
Rs
Rs
Rr
Rr
Ls
Ls
Lr
Lr
Lm
Lm
Rr_z_Lr
Lm_z_Lr
Rs_
Lm_
Lr_
Lm_z_Ls
Rr_
Ls_
1
u1/Ls
1
u1/Lr
Vhodi v sistem in parametri
Vhodi Parametri
SIMPLE PWM MOTOR CONTROLLER FOR INDUCTION MACHINEwith STTH and deadtim e com pensation
input signals
by ret
[w_omr_meas]
w_om_meas
tq_act_in
tq_act_proc
f ref theta
theta_calc
(u>0)
da
db
dc
Ud
stat vol tage est
enc_in
speed proc
powerload_tq_ref
dc-max
ia,b,c
abc-dq
Ud_in
Ud proc
U
theta
Udc
da
db
dc
ST T H Modulator
theta_obs
theta_s
fref
EN
RUN
iabc
[iabc]
[EN]
[iabc]
[Ud]
[Ud]
Demux
ia,b,c
dta
dtb
dtc
Deadtime-comp
Duty cy cle a
Duty cy cle b
Duty cy cle c
DS1103SL_DSP_PWM3
Cartesian toPolar
f()
T rigger
8
usab_ref
7
theta
6
fref5
ia,b,c
4
tq_act
3
Ud
2
ENABLE
1
enc
f ref
Algoritem v realnem času - izhodi
2
theta
1
usab_ref
pi /30
wr_actual
d
q
theta
a
b
dq-ab
1s
angle
ia,b,c
theta
isd
isq
abc-dq
Teref
-K-
T_e
Tref
PsiRref
isd
isq
References
0.2
PsiRref
In Out
PI_reg_w
In Out
PI_reg_q
In Out
PI_reg_d
P
P
1s
ImR
[Rr_z_Lr] [Lm_]
[Lm_z_Ls]
Demux
x inv _x
1/x
3
enc 2
is_abc
1
w_ref
Algoritem vodenja – vektorsko vodenje
Reference load torque signal
by ret
0
tq_stopu(2)*sin(u(1)/10)
sin_theta
u(2)*sgn(u(1))
sgn_speed
7.2337e-6*u^2*sgn(u)
quadratic
0
no_load
max/min
4
load_sw
0.0104*u
l inear
5.0234e-9*u^3
cubic
0
ct_load-K-
Scale DAC0.*0.2
Ref_tq_offset
Mux
Mux
Load modelselection
[theta_obs]
[EN]
[n_meas]
DAC
DS1103DAC_C1
Vodenje aktivnega bremena
dSPACE – oblikovanje uporabniškega vmesnika
dSPACE – uporabniški vmesnik
dSPACE – sprotno spreminjanje parametrov
Zaključek
• Klasični simulacijski postopki ne zadoščajo več za uspešno načrtovanje algoritmov vodenja servopogonov
• Uporaba simulacijskih postopkov "Hardware-in-the-loop" omogoča prihranek časa, opreme in denarja
• Skrajšajo se časi med zamislijo in izdelkom• Ni več potrebe po gradnji posebnih testnih sistemov• Dodatno pridobimo še možnost izvajanja ponavljajočih
se kritičnih testov