Προχωρημένες Τεχνικές Ελέγχου σε Συστήματα Ηλεκτρικής Κίνησης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την ανάπτυξη μοντέλων ελέγχου για την οδήγηση της μηχανής συνεχούς ρεύματος και της ασύγχρονης μηχανής, αρχικά σε επίπεδο προσομοίωσης και έπειτα σε επίπεδο πειραμάτων, αξιοποιώντας τον μετατροπέα ο οποίος σχεδιάστηκε κατά την διπλωματική εργασία του Ευάγγελου Ψαραδέλλη. Αρχικά γίνεται μια σύντομη παράθεση των μετατροπέων που χρησιμοποιούνται στα DC και AC κινητήρια συστήματα, των διαφορετικών διαμορφώσεων που ακολουθούμε σε κάθε είδος μετατροπέα, της αρμονικής τους ανάλυσης και της σύγκρισή τους. Ακολουθεί η ανάλυση του τρόπου λειτουργίας μιας Μηχανής Συνεχούς Ρεύματος, η ανάπτυξη του δυναμικού μοντέλου της και η μελέτη της απόκρισής της, τόσο σε συνθήκες ανοιχτού βρόχου, όσο και σε συνθήκες κλειστού βρόχου. Κύριος στόχος αποτελεί η δόμηση των ελεγκτών ρεύματος και ταχύτητας, μέσω PI ελεγκτών, για την λειτουργία της μηχανής συνεχούς ρεύματος σε συνθήκες κλειστού βρόχου. Στη συνέχεια, αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας μιας Ασύγχρονης Μηχανής, αναπτύσσεται το δυναμικό της μοντέλο και εξετάζεται σε πρώτο στάδιο, η απόκρισή της σε εκκίνηση από το δίκτυο και εφαρμόζοντας βαθμωτό έλεγχο V/f. Κύριος στόχος αποτελεί ο διανυσματικός έλεγχος της ασύγχρονης μηχανής, επομένως ακολουθεί η δόμηση ελεγκτών ρεύματος, ταχύτητας και του εκτιμητή ροής, ο οποίος επιτυγχάνεται με τη χρήση του Μοντέλου Ρεύματος και του Τροποποιημένου Μοντέλου Ρεύματος, των οποίων εξετάζεται και η ευαισθησία στην ορθή εκτίμηση των παραμέτρων, αλλά και στην επιλογή των μεταβλητών ελέγχου. Τελικό βήμα για την δόμηση του διανυσματικού ελέγχου της μηχανής επαγωγής αποτελεί η δόμηση του ελεγκτή εξασθένισης πεδίου, του οποίου εξετάζεται η ευαισθησία στην ορθή εκτίμηση των παραμέτρων της μηχανής. Στο σημείο αυτό, ολοκληρώνεται η επαλήθευση της ορθής λειτουργίας των ελεγκτών που δομήθηκαν, μέσω προσομοιώσεων και ακολουθεί η παράθεση των υπομονάδων του μετατροπέα ο οποίος κατασκευάστηκε για την διεξαγωγή των πειραμάτων. Κατά το πειραματικό μέρος, πραγματοποιήθηκε αρχικά η οδήγηση μιας Μηχανής Συνεχούς Ρεύματος τόσο σε συνθήκες ανοιχτού βρόχου, όσο και σε συνθήκες κλειστού βρόχου, με ή χωρίς την ύπαρξη φορτίου. ΄Επειτα, ακολούθησε η οδήγηση της ασύγχρονης μηχανής, με βαθμωτό έλεγχο V/f και με διανυσματικό έλεγχο, με τη χρήση του Μοντέλου Ρεύματος και του Τροποποιημένου Μοντέλου Ρεύματος, αλλά και με ΄Ελεγχο Εξασθένισης Πεδίου. Τέλος εξετάζεται η ευαισθησία των εκτιμητών ροής και του Ελεγκτή Εξασθένισης Πεδίου, στην ορθή εκτίμηση των παραμέτρων της μηχανής, αλλά και των μεταβλητών ελέγχου.