Έλεγχος Κινητήρα Συνεχούς Ρεύματος Με Χρήση Αναλογικο-διαφορικο-ολοκληρωτικού Ελεγκτή (pid) Για Την Αντιστάθμιση Εξωτερικών Διαταραχών

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην εφαρμογή τεχνικών αντιστάθμισης αυτομάτου ελέγχου με χρήση Αναλογικών - Διαφορικών - Ολοκληρωτικών (PID) ελεγκτών σε κινητήρες Συνεχούς Ρεύματος (Σ.Ρ.). Οι κινητήρες Σ.Ρ. βρίσκουν ευρύτατη εφαρμογή τόσο σε οικιακές, βιοτεχνικές και βιομηχανικές εγκαταστάσεις λόγω της απλότητας και αποδοτικής λειτουργίας τους. Η λειτουργία του κινητήρα Σ.Ρ. εμφανίζει όμως και μη γραμμικές συμπεριφορές οι οποίες θα πρέπει να επισημανθούν και να εξαλειφθούν (αντισταθμιστούν) εφόσον αυτό είναι δυνατόν με την εκλογή ελεγκτών κατάλληλων χαρακτηριστικών. Οι ελεγκτές PID αποτελούν στοιχεία εφαρμογής κλασσικού ελέγχου, τα οποία είναι ευρύτατα διαδεδομένα δίνοντας γρήγορες, αξιόπιστες και εύκολα προσαρμοζόμενες λύσεις σε μία μεγάλη ομάδα διατάξεων που χρήζουν ελέγχου.Στα πλαίσια αυτά και για την ακρίβεια εφαρμογής των μεθόδων αντιστάθμισης, αναπτύχθηκε μοντέλο περιγραφής του κινητήρα Σ.Ρ. στην μαθηματική γλώσσα περιγραφής Matlab Script Language. Το μοντέλο ενσωματώνει μέσω του συστήματος των εξισώσεων περιγραφής, τόσο τα γραμμικά όσο και τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά του κινητήρα. Ο ελεγκτής και οι προτεινόμενες λύσεις θα εφαρμοστούν λοιπόν, επί του ακριβούς μη γραμμικού μοντέλου, δίνοντας την δυνατότητα πληρέστερου και πιο αξιόπιστου ελέγχου εφόσον δεν χρησιμοποιούν μια πιο απλουστευμένη (γραμμικοποιημένη) προσέγγιση του κινητήρα, η οποία συνήθως εφαρμόζεται για να απλοποιήσει το πρόβλημα. Οι τεχνικές ελέγχου εφαρμόζονται τόσο στην επίτευξη χαρακτηριστικών θέσης (οδήγηση σε επιθυμητή θέση - γωνία του κινητήρα), όσο και για την επίτευξη σταθερής γωνιακής ταχύτητας περιστροφής με βάση σταθερό ή ακόμα και μεταβαλλόμενο φορτίο για τον άξονα του κινητήρα.Επιπλέον το συνολικό μοντέλο προσομοίωσης δίνει την δυνατότητα επιβολής ειδικών συνθηκών για την λειτουργία του κινητήρα με την επίτρεψη καθορισμένων τιμών (περιορισμών) για την γωνιακή επιτάχυνση, το ρεύμα τυμπάνου και την μαγνητική ροή του στο κύκλωμα πεδίου. Οι περιορισμοί αυτοί συντελούν έτσι ώστε το αναπτυγμένο περιβάλλον προσομοίωσης μέσω του μοντέλου περιγραφής σε Matlab, να είναι όσο το δυνατόν πιο ρεαλιστικό και αξιόπιστο σε σχέση με την πραγματική λειτουργία ενός κινητήρα. Επιτρέπουν επίσης την επίλυση του προβλήματος αντιστάθμισης μέσω συνθηκών-περιορισμών βελτιστοποίησης. Τέλος, η διπλωματική κλείνει με βάση τα συμπεράσματα από την επιβολή του ελεγκτή αντιστάθμισης επί μεταβαλλόμενων (δυναμικών) φορτίων που επιδρούν ως διαταραχές στο σημείο λειτουργίας του κινητήρα.