Τεχνικές Προβλεπτικού Ελέγχου Για Την Οδήγηση Σύγχρονου Κινητήρα Μονίμων Μαγνητών Σε Εφαρμογές Ηλεκτροκίνησης, Με Κριτήριο Τον Περιορισμό Των Επιδράσεων Εξωτερικών Διαταραχών Και Σφαλμάτων Μέτρησης

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται τα συστήματα ελέγχου των σύγχρονων κινητήρων μονίμων μαγνητών για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Μεγάλη έμφαση δίνεται στις τεχνικές προβλεπτικού ελέγχου ταχύτητας και ρεύματος καθώς επίσης και στην εξάλειψη επιδράσεων των θορύβων μέτρησης ταχύτητας και των εξωτερικών διαταραχών φορτίου.Αρχικά, αναλύεται η λειτουργία των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης και παρουσιάζονται οι βασικές συνιστώσες τους. Στη συνέχεια, αναπτύσσεται το μαθηματικό μοντέλο της σύγχρονης μηχανής μονίμων μαγνητών και αναλύεται η λειτουργία του τριφασικού αντιστροφέα πηγής τάσης δυο επιπέδων και οι πιο διαδεδομένες τεχνικές διαμόρφωσης εύρους παλμών. Ακολούθως, παρουσιάζονται οι διάφορες στρατηγικές ελέγχου μεταβλητής ταχύτητας των σύγχρονων μηχανών δίνοντας έμφαση στον προβλεπτικό έλεγχο. Σχεδιάζονται οι αλγόριθμοι για τις δυο τεχνικές προβλεπτικού ελέγχου: διακριτός προβλεπτικος έλεγχος ταχύτητας (DS-MPSC) και διακριτός προβλεπτικός έλεγχος ρεύματος (DS-MPCC), με γνώμονα τα πραγματικά συστήματα, παίρνοντας υπόψη μη ιδανικές καταστάσεις, όπως οι καθυστερήσεις των μετρήσεων. Για τον DS-MPSC αναπτύχθηκε ένας παρατηρητής κατάστασης, ώστε να αποφεύγεται η μέτρηση της ροπής φορτίου.Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη μέτρηση του σήματος ανάδρασης της ταχύτητας, μέσω ενός οπτικού κωδικοποιητή θέσης. Αναλύεται το σφάλμα μέτρησής του, παρουσιάζονται οι παραδοσιακές τεχνικές υπολογισμού της ταχύτητας από το σήμα θέσης του οπτικού κωδικοποιητή θέσης και, στη συνέχεια, αναπτύσσεται ένας αυτοπροσαρμοζόμενος παρατηρητής Kalman (SAKO) για τον υπολογισμό του βέλτιστου σήματος ταχύτητας του κινητήρα. Τέλος, παρατίθενται μια σειρά προσομοιώσεων, που σκοπό έχουν να προσομοιώσουν όσο το δυνατόν καλύτερα την πραγματική κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα, όταν αυτός χρησιμοποιείται στην οδήγηση ενός ηλεκτρικού οχήματος. Η εργασία ολοκληρώνεται με την παράθεση των συμπερασμάτων που προέκυψαν