Changeset 1374 for applications/dual
- Timestamp:
- 05/20/11 15:18:28 (13 years ago)
- Location:
- applications/dual/VYZ
- Files:
-
- 2 modified
Legend:
- Unmodified
- Added
- Removed
-
applications/dual/VYZ/vyz_text.lyx
r1372 r1374 326 326 327 327 \begin_layout Standard 328 Především bych chtěl poděkovat 328 Především bych chtěl poděkovat vedoucímu práce Ing. 329 Václavu Šmídlovi, Ph. 330 \begin_inset space \thinspace{} 331 \end_inset 332 333 D. 334 za odborné vedení, hodnotné rady a připomínky. 335 Dále pak Ing. 336 Davidu Vošmikovi za přečtení textu a připomínky k praktickým tématům. 337 Na závěr patří poděkování přítelkyni Bc. 338 \begin_inset space ~ 339 \end_inset 340 341 Pavle Procházkové za pečlivé přečtení textu a pomoc s opravou gramatických 342 chyb. 343 329 344 \begin_inset VSpace defskip 330 345 \end_inset … … 444 459 Abstrakt: 445 460 \emph default 461 Text je zaměřen na řízení synchronního stroje s permanentními magnety, 462 především na možnost využití technik duálního řízení. 463 Snahou je vytvořit takzvaný 464 \begin_inset Quotes gld 465 \end_inset 466 467 bezsenzorový 468 \begin_inset Quotes grd 469 \end_inset 470 471 návrh řízení. 472 Pozornost je nejdříve věnována jak samotnému stroji a jeho matematickému 473 popisu v různých souřadných soustavách, tak i běžně využívaným algoritmům 474 pro odhadování stavových veličin a pro řízení. 475 Dále se text zabývá duálním řízením. 476 Jsou uvažovány zejména jednoduché algoritmy použitelné i pro řízení v reálném 477 čase. 478 Na tomto základě jsou navrženy a provedeny simulace. 479 Hlavním záměrem je posouzení kvality duálních řídících algoritmů v porovnání 480 s ostatními uvažovanými. 446 481 447 482 \end_layout … … 456 491 slova: 457 492 \emph default 458 493 synchronní stroj s permanentními magnety (PMSM), bezsenzorový návrh řízení, 494 duální řízení, injektáž signálu, LQG 459 495 \end_layout 460 496 … … 510 546 Abstract: 511 547 \emph default 512 548 This text is focused on a peramanent magnet synchronous machine control, 549 especially on a possible dual control usage. 550 The main objective is to design so called 551 \begin_inset Quotes gld 552 \end_inset 553 554 sensorless 555 \begin_inset Quotes grd 556 \end_inset 557 558 control. 559 Attention is at first paid to the machine itself, its mathematical description 560 in various coordinate systems and commonly used algorithms for estimation 561 and control. 562 Next, the text is concerned with a dual control. 563 Above all, simple algorithms applicable in real time are studied. 564 On this basis, simulations are designed and realized. 565 Main intention is to review quality of dual control algorithms in comparsion 566 with others under consideration. 513 567 \end_layout 514 568 … … 522 576 words: 523 577 \emph default 524 578 permanent magnet synchronous machine (PMSM), sensorless control, dual control, 579 signal injection, LQG 525 580 \end_layout 526 581 … … 705 760 \emph default 706 761 ). 707 Jedná se o synchronní stroj, tedy rotor se otáčí současně (synchronně)708 s točivým magnetickým polemstatoru.762 Jedná se o točivý elektrický stroj, u kterého se rotor otáčí stejnou rychlostí 763 (synchronně) jako točivé magnetické pole statoru. 709 764 Na rotoru má ale místo budícího vinutí permanentní magnety. 710 765 Tato konstrukce nachází v poslední době stále větší uplatnění. 711 766 Je tomu tak především z důvodu snadnější dostupnosti kvalitních permanentních 712 magnetů, ale také díky možnosti využít stále výkon ější polovodičová zařízení767 magnetů, ale také díky možnosti využít stále výkonnější polovodičová zařízení 713 768 pro řízení a napájení těchto strojů. 714 \end_layout 715 716 \begin_layout Standard 717 Jak se ale ukazuje, řízení takovýchto strojů, zjeména pokud se jedná o takzvaný 718 bezsenzorový návrh je netriviální. 769 Dalším důvodem je pak velký poměr výkon/rozměry, který je výhodný při omezeném 770 zástavbovém prostoru. 771 \end_layout 772 773 \begin_layout Standard 774 Jak se ale ukazuje, řízení takovýchto strojů, zejména pokud se jedná o takzvaný 775 bezsenzorový návrh, je netriviální. 719 776 Je tedy třeba hledat vhodné řídící algoritmy, které zvládnou motor efektivně 720 777 řídit i v bezsenzorovém případě a umožní širší nasazení PMSM v praxi. … … 723 780 \begin_layout Standard 724 781 V tomto textu je nejdříve stručně popsán samotný PMSM, následuje odvození 725 rovnic popisující tento stroj v nejčastěji používaných souřadných soustavách.726 Dále je formulována problematika estimace a určovaní stavových veličin,782 rovnic popisujících tento stroj v nejčastěji používaných souřadných soustavách. 783 Dále je formulována problematika odhadování a určování stavových veličin, 727 784 kdy je kladen důraz na bezsenzorový případ. 728 Následuje popis nejčastěji použ avaných řídících technik, které jsou současně785 Následuje popis nejčastěji používaných řídících technik, které jsou současně 729 786 dostatečně jednoduché, aby mohly být teoreticky nasazeny i pro případ řízení 730 787 v reálném čase. … … 760 817 761 818 . 762 Označení819 Písmeno 763 820 \begin_inset Formula $i$ 764 821 \end_inset … … 780 837 781 838 \begin_layout Standard 782 Jak již bylo řečeno pro PMSM mají velký význam kvalitní permanentní magnety.839 Jak již bylo řečeno, pro PMSM mají velký význam kvalitní permanentní magnety. 783 840 Podle 784 841 \begin_inset CommandInset citation … … 803 860 \end_inset 804 861 805 oproti přibližn e862 oproti přibližně 806 863 \begin_inset Formula $0,3T$ 807 864 \end_inset … … 811 868 812 869 \begin_layout Standard 813 Nevýhodou nejen těchto, ale permanentních magnetů obecně je změna jejich870 Nevýhodou nejen těchto, ale permanentních magnetů obecně, je změna jejich 814 871 magnetických vlastností s teplotou. 815 872 Jedná se především o hranici označovanou jako … … 819 876 , kdy materiál přechází z feromagnetického stavu do paramagnetického a s 820 877 tím je spojen výrazný pokles magnetizmu. 821 Tato hodnota závisí na použ ítém materiálu a pohybuje se přibližně v rozmezí878 Tato hodnota závisí na použitém materiálu a pohybuje se přibližně v rozmezí 822 879 823 880 \begin_inset Formula $200-1000^{\circ}C$ … … 826 883 . 827 884 Z toho vyplývá, že je nutné udržovat motor na vhodné provozní teplotě a 828 tedyzajistit odpovídající chlazení.885 zajistit odpovídající chlazení. 829 886 \end_layout 830 887 … … 900 957 \begin_layout Itemize 901 958 vyšší účinnost -- nejsou jouleovy ztráty v rotoru (oproti asynchronnímu 902 stroji) popřipadě v buzení (oproti synchronnímu stroji s buzením)959 stroji), popřípadě v buzení (oproti synchronnímu stroji s buzením) 903 960 \end_layout 904 961 … … 909 966 \begin_layout Itemize 910 967 možnost konstrukce pomaluběžného stroje s dostatečným výkonem, který nepotřebuje 911 přev edovku (výhody spojené s absencí převodovky)968 převodovku (výhody spojené s absencí převodovky) 912 969 \end_layout 913 970 … … 931 988 932 989 \begin_layout Itemize 933 vyšší cena (nezane tbatelné náklady na permanentní magnety)990 vyšší cena (nezanedbatelné náklady na permanentní magnety) 934 991 \end_layout 935 992 … … 939 996 940 997 \begin_layout Itemize 941 problematické odbuzování 998 problematické odbuzování a klesající účinnost při odbuzování 942 999 \end_layout 943 1000 944 1001 \begin_layout Itemize 945 nutnost dobrého chlazení -- závislo t magnetických vlastností permanentních1002 nutnost dobrého chlazení -- závislost magnetických vlastností permanentních 946 1003 magnetů na teplotě 1004 \end_layout 1005 1006 \begin_layout Itemize 1007 stálá přítomnost budícího pole v motoru -- při využití například k pohonu 1008 vozidla, dojde-li poruše a následném odtahu, funguje motor jako generátor 1009 \end_layout 1010 1011 \begin_layout Itemize 1012 problematika zkratu -- teoreticky může dojít až k demagnetizaci permanentních 1013 magnetů 947 1014 \end_layout 948 1015 … … 1329 1396 \end_inset 1330 1397 1331 ) jsou směřují ve směru os vinutí jednotlivých fází a jsou tedy vzájemně1332 pootočenyo1398 ) směřují ve směru os vinutí jednotlivých fází a jsou tedy vzájemně pootočeny 1399 o 1333 1400 \begin_inset Formula $120^{\circ}$ 1334 1401 \end_inset … … 1339 1406 1340 1407 \begin_layout Standard 1341 Protože ale k pops aní polohy v rovině jsou tři souřadnice (v osách1408 Protože ale k popsání polohy v rovině jsou tři souřadnice (v osách 1342 1409 \begin_inset Formula $a$ 1343 1410 \end_inset … … 1372 1439 \end_inset 1373 1440 1374 se totožná s osou1441 je totožná s osou 1375 1442 \emph on 1376 1443 … … 1392 1459 \end_inset 1393 1460 1394 j a na nípak kolmá.1461 je na ni pak kolmá. 1395 1462 Osy 1396 1463 \begin_inset Formula $\alpha$ … … 1405 1472 1406 1473 \begin_layout Standard 1407 Pro většinu aplikací se však ukazuje výhodn ýmpřejít do rotující soustavy1474 Pro většinu aplikací se však ukazuje výhodné přejít do rotující soustavy 1408 1475 1409 1476 \emph on … … 1441 1508 1442 1509 \emph default 1443 je pak na n íkolmá.1510 je pak na ni kolmá. 1444 1511 \end_layout 1445 1512 … … 1469 1536 \end_inset 1470 1537 1471 ,nebo je možné je poměrně snadno odvodit.1538 nebo je možné je poměrně snadno odvodit. 1472 1539 \end_layout 1473 1540 … … 1489 1556 \end_inset 1490 1557 1491 osy1558 , osy 1492 1559 \begin_inset Formula $b$ 1493 1560 \end_inset … … 1501 1568 \end_inset 1502 1569 1503 respektive1570 , respektive 1504 1571 \begin_inset Formula $-120^{\circ}$ 1505 1572 \end_inset … … 1540 1607 \end_inset 1541 1608 1542 je na n í kolmá a tedy její příspěvek jenulový.1609 je na ni kolmá a její příspěvek je tedy nulový. 1543 1610 Osy 1544 1611 \begin_inset Formula $b$ … … 1716 1783 \end_inset 1717 1784 1718 soustavě lze odvodit buď přímo nebo transformací rovnic z jiné soustavy.1785 soustavě lze odvodit buď přímo, nebo transformací rovnic z jiné soustavy. 1719 1786 Přímé odvození bude uvedeno počínaje následujícím odstavcem, transformace 1720 1787 z jiné soustavy (konkrétně … … 1722 1789 \end_inset 1723 1790 1724 ) bude pro srovnání a kontrolu uveden odále v textu.1725 \end_layout 1726 1727 \begin_layout Standard 1728 Rovnici pro napětí v obvodu statoru synchron ího stroje lze zapsat jako1791 ) bude pro srovnání a kontrolu uvedena dále v textu. 1792 \end_layout 1793 1794 \begin_layout Standard 1795 Rovnici pro napětí v obvodu statoru synchronního stroje lze zapsat jako 1729 1796 \begin_inset Formula 1730 1797 \[ … … 1736 1803 tedy součet napětí v obvodu (Ohmův zákon) a indukovaného napětí, přičemž 1737 1804 veličiny jsou uvažovány komplexní. 1738 Vyjá říme-li indukované napětí,jako změnu toku v čase (Faradayův zákon1739 elektromagnetické indukce) přejde rovnice na tvar1805 Vyjádříme-li indukované napětí jako změnu toku v čase (Faradayův zákon 1806 elektromagnetické indukce), přejde rovnice na tvar 1740 1807 \begin_inset Formula 1741 1808 \[ … … 1788 1855 1789 1856 odpovídá elektrickým otáčkám 1790 \begin_inset Formula $\omega_{e l}$1857 \begin_inset Formula $\omega_{e}$ 1791 1858 \end_inset 1792 1859 1793 1860 a lze ji přepočíst na mechanické otáčky pomocí vztahu 1794 \begin_inset Formula $\omega_{e l}=p_{p}\omega_{m},$1861 \begin_inset Formula $\omega_{e}=p_{p}\omega_{m},$ 1795 1862 \end_inset 1796 1863 … … 1837 1904 \end_inset 1838 1905 1839 je pak na n íkolmá a bude reprezentovat složku imaginární.1906 je pak na ni kolmá a bude reprezentovat složku imaginární. 1840 1907 Dostáváme tedy 1841 1908 \begin_inset Formula … … 1880 1947 \end_inset 1881 1948 1882 respektive1949 , respektive 1883 1950 \begin_inset Formula $L_{q}$ 1884 1951 \end_inset … … 1904 1971 \end_inset 1905 1972 1906 dostaneme rovnice1973 , dostaneme rovnice 1907 1974 \begin_inset Formula 1908 1975 \begin{eqnarray*} … … 1951 2018 \begin_layout Standard 1952 2019 I když se pro řízení ukazuje být lepší a v praxi více využíváné vyjádření 1953 v soustav e2020 v soustavě 1954 2021 \begin_inset Formula $d-q$ 1955 2022 \end_inset … … 2001 2068 \end_inset 2002 2069 2003 Rozeps aní na dvě rovnice je pak následující2070 Rozepsání na dvě rovnice je pak následující 2004 2071 \begin_inset Formula 2005 2072 \begin{eqnarray*} … … 2170 2237 moment získaný konverzním procesem elektrické energie, který vyjadřuje hlavní 2171 2238 vlastnost točivého stroje, a to právě převod elektrické energie na mechanickou, 2172 tento m ement označíme jako2239 tento moment označíme jako 2173 2240 \begin_inset Formula $T_{e}$ 2174 2241 \end_inset … … 2214 2281 \end_inset 2215 2282 2216 Nyní je ještě třeba vyjádřit toč ívý moment2283 Nyní je ještě třeba vyjádřit točivý moment 2217 2284 \begin_inset Formula $T_{e}$ 2218 2285 \end_inset … … 2261 2328 . 2262 2329 V systému 2263 \begin_inset Formula $\alpha \beta$2330 \begin_inset Formula $\alpha-\beta$ 2264 2331 \end_inset 2265 2332 … … 2440 2507 \end_inset 2441 2508 2442 Tedy transformujeme následující vyjádření pro výkon dz2509 Tedy transformujeme následující vyjádření pro výkon z 2443 2510 \begin_inset Formula $\alpha-\beta$ 2444 2511 \end_inset … … 2587 2654 2588 2655 . 2589 Jednak v diferenciálním případě, k terý bude následovat diskretizace, ale2590 také v diskrétním případě diferenčních rovnic.2656 Jednak v diferenciálním případě, kde po rotaci bude následovat diskretizace, 2657 ale také v diskrétním případě diferenčních rovnic. 2591 2658 Oba postupy pak budou srovnány. 2592 2659 \end_layout … … 2629 2696 \end_inset 2630 2697 2631 nebo stejného efektu lze dosáhnout i použ ítím komplexních souřadnic a zápisem2698 nebo stejného efektu lze dosáhnout i použitím komplexních souřadnic a zápisem 2632 2699 2633 2700 \begin_inset Formula $x_{dq}=e^{j\vartheta}x_{\alpha\beta}$ … … 2853 2920 diskretizační a zaokrouhlovací chyby 2854 2921 \series default 2855 -- řízení je navrhováno pro digitální počítač a tedy dříve nebo později2856 jetřeba provést diskretizaci a kvantizaci všech zpracovávaných veličin2922 -- řízení je navrhováno pro digitální počítač a dříve nebo později je tedy 2923 třeba provést diskretizaci a kvantizaci všech zpracovávaných veličin 2857 2924 \end_layout 2858 2925 … … 2862 2929 chyby měření 2863 2930 \series default 2864 -- měřící přístroje a čidla, kter á získávají informace o motorunejsou2865 přesná ,mají pouze určitou rozlišovací schopnost a také omezenou možnost2931 -- měřící přístroje a čidla, které získávají informace o motoru, nejsou 2932 přesná; mají pouze určitou rozlišovací schopnost a také omezenou možnost 2866 2933 předat informaci, zejména pokud se jedná o digitální zařízení 2867 2934 \end_layout … … 2872 2939 napájecí zdroj 2873 2940 \series default 2874 -- zařízení, které dodává regulátorem požadované napětí do stroje není2875 ideální ,naopak odpovídá ideálním požadavkům zpravidla velmi špatně, využívá2941 -- zařízení, které dodává regulátorem požadované napětí do stroje, není 2942 ideální; naopak odpovídá ideálním požadavkům zpravidla velmi špatně, využívá 2876 2943 pulzní šířkové modulace (PWM) a invertoru; tyto zařízení pak přinášejí 2877 2944 množství negativních efektů … … 2913 2980 otáčí současně (synchronně) s točivým magnetickým polem vytvořeným cívkami 2914 2981 statoru. 2915 Proto , když chceme navrhnout řízení takového strojemusíme nutně znát polohu2982 Proto když chceme navrhnout řízení takového stroje, musíme nutně znát polohu 2916 2983 rotoru 2917 2984 \begin_inset Formula $\vartheta$ … … 2919 2986 2920 2987 , a to s relativně velkou přesností. 2921 Dále, protože se v textu zaměřujeme na řízení rychlosti stroje (regulovanou2922 veličinou jsou otáčky rotoru)potřebujeme znát i hodnotu otáček2988 Protože se v textu zaměřujeme na řízení rychlosti stroje (regulovanou veličinou 2989 jsou otáčky rotoru), potřebujeme znát i hodnotu otáček 2923 2990 \begin_inset Formula $\omega$ 2924 2991 \end_inset … … 2943 3010 \end_inset 2944 3011 2945 jsou svázány j denoduchým diferenciálním vztahem3012 jsou svázány jednoduchým diferenciálním vztahem 2946 3013 \begin_inset Formula $\frac{d\vartheta}{dt}=\omega$ 2947 3014 \end_inset … … 2949 3016 . 2950 3017 Při praktickém užití, kdy rovnice diskretizujeme, může být ale výpočet 2951 derivace popřípaděintegrálu velmi nepřesný.3018 derivace či integrálu velmi nepřesný. 2952 3019 Dáváme tedy přednost metodám estimace těchto veličin, které nám poskytují 2953 3020 odhad obou. … … 3032 3099 . 3033 3100 Využití senzorů přináší obecně mnoho nevýhod. 3034 Přidává do zařízení další části a tím zvyšuje jeho cenu i poruchovost.3101 Přidává do zařízení další části, a tím zvyšuje jeho cenu i poruchovost. 3035 3102 Je třeba řešit jeho připojení k motoru a vodiče pro sběr dat. 3036 3103 Řízení využívající senzory je méně robustní a v případě selhání senzoru … … 3054 3121 bezsenzorových 3055 3122 \emph default 3056 ,metod.3123 metod. 3057 3124 \end_layout 3058 3125 … … 3096 3163 3097 3164 . 3098 Velikosti napětí indukovaných ve statorov ách vinutích jsou závislé na úhlovém3165 Velikosti napětí indukovaných ve statorových vinutích jsou závislé na úhlovém 3099 3166 natočení rotoru ( 3100 3167 \begin_inset Formula $\sin$ … … 3106 3173 3107 3174 ). 3108 To následně může býtzískáno například pomocí fázového závěsu.3175 To může být následně získáno například pomocí fázového závěsu. 3109 3176 \end_layout 3110 3177 … … 3112 3179 Rezolvery jsou robustní a vyhodnocují přesně úhel natočení, toho se využívá 3113 3180 například v robotice. 3114 Je však třeba složitějších obvodů, pro samotné vyhodnocení.3115 Velkou nevýhodou ale je, že se jedná o přídavné zařízení a s tím jsou spojeny3116 problémy již zmiňované u senzorů.3117 \end_layout 3118 3119 \begin_layout Standard 3120 Dále se ještě nabízí otázka, proč místo užití rezolv éru přímo nepoužít vysokofre3181 Pro samotné vyhodnocení je však třeba složitějších obvodů. 3182 Velkou nevýhodou ale je, že se jedná o přídavné zařízení -- s tím jsou 3183 spojeny problémy již zmiňované u senzorů. 3184 \end_layout 3185 3186 \begin_layout Standard 3187 Dále se ještě nabízí otázka, proč místo užití rezolveru přímo nepoužít vysokofre 3121 3188 kvenční signál v samotném PMSM v rámci některé z injektážních metod. 3122 3189 \end_layout … … 3127 3194 3128 3195 \begin_layout Standard 3129 Využ ítí zpětné elektromotorické síly (3196 Využití zpětné elektromotorické síly ( 3130 3197 \emph on 3131 3198 back electromotiric force, back-EMF … … 3138 3205 \end_inset 3139 3206 3140 , které představují přímý vztah mez ířízením systému na vstupu a měřenými3141 výstup u:3207 , které představují přímý vztah mezi řízením systému na vstupu a měřenými 3208 výstupy: 3142 3209 \begin_inset Formula 3143 3210 \begin{eqnarray*} … … 3202 3269 \emph default 3203 3270 ) bude výpočet výše značně nepřesný. 3204 To také souvisí dalším, největším ,problémem tohoto přístupu.3271 To také souvisí dalším, největším problémem tohoto přístupu. 3205 3272 Zatímco amplitudu šumu uvažujeme neměnnou, amplituda indukovaných napětí 3206 3273 je přímo závislá na otáčkách stroje … … 3209 3276 3210 3277 . 3211 A tedy při nízkých, nebo dokonce nulových , otáčkáchtato metoda naprosto3278 A tedy při nízkých, nebo dokonce nulových otáčkách, tato metoda naprosto 3212 3279 selhává. 3213 3280 Tento případ je o to závažnější, že se s ním musíme vyrovnat při každém … … 3233 3300 wide false 3234 3301 sideways false 3235 status collapsed3302 status open 3236 3303 3237 3304 \begin_layout Plain Layout … … 3260 3327 \end_inset 3261 3328 3262 tém eř přesně sledovanou systémem s řízením se znalostí stavu, tj.3329 téměř přesně sledovanou systémem s řízením se znalostí stavu, tj. 3263 3330 3264 3331 \begin_inset Formula $\overline{\omega}\approx\omega_{sys}$ … … 3296 3363 \end_inset 3297 3364 3298 , zatímco skutečná hodnota je jiná zobrazuje obrázek3365 , zatímco skutečná hodnota je jiná, zobrazuje obrázek 3299 3366 \begin_inset CommandInset ref 3300 3367 LatexCommand ref … … 3310 3377 Získaný odhad se tedy nevyužíval pro řízení. 3311 3378 Když bychom řídili na základě odhadu stavu, tj. 3312 přidali do systému zpětnou vazbu, výsledek by se nepatrně zlepšil viz obrázek 3313 3379 přidali do systému zpětnou vazbu, výsledek by se zlepšil viz obrázek 3314 3380 \begin_inset CommandInset ref 3315 3381 LatexCommand ref … … 3322 3388 wide false 3323 3389 sideways false 3324 status collapsed3390 status open 3325 3391 3326 3392 \begin_layout Plain Layout … … 3408 3474 nejčastěji používají nelineární pozorovatelé nebo adaptivní řízení s referenční 3409 3475 m modelem (MRAC). 3410 Nejčast eji užívaným nelineárním pozorovatelem je pak rozšířený Kalmanův3476 Nejčastěji užívaným nelineárním pozorovatelem je pak rozšířený Kalmanův 3411 3477 filtr ( 3412 3478 \emph on … … 3450 3516 3451 3517 je také zaměřen na využití EKF, nyní však v případě IPMSM. 3452 Návrh je komplikovanější v důsledku anizotropie stroje, autoři se j ivšak3518 Návrh je komplikovanější v důsledku anizotropie stroje, autoři se jí však 3453 3519 snaží využít k vylepšení výkonu systému. 3454 3520 … … 3456 3522 3457 3523 \begin_layout Standard 3458 Dále kromě EKF je možnopoužít například klouzavého pozorovatele (3524 Dále je možno kromě EKF použít například klouzavého pozorovatele ( 3459 3525 \emph on 3460 3526 sliding mode observer, SMO … … 3490 3556 3491 3557 \begin_layout Standard 3492 Pod metody využívající informaci ze zpětné elektromagnetické síly ,můžeme3558 Pod metody využívající informaci ze zpětné elektromagnetické síly můžeme 3493 3559 zařadit ještě mnoho dalších, které možná na první pohled do této kategorie 3494 3560 nespadají. … … 3512 3578 3513 3579 \begin_layout Standard 3514 Za zmínku ještě stojí další skupina metod využívající více paralelně běžících3580 Za zmínku ještě stojí další skupina metod využívajících více paralelně běžících 3515 3581 odhadů z nichž vybírá jeden, nějakým způsobem optimální. 3516 3582 Takovou metodou je například sekvenční Monte Carlo metoda (Particle Filter). … … 3530 3596 \end_inset 3531 3597 3532 zachycuj cí výsledek3598 zachycující výsledek 3533 3599 \begin_inset Formula $12$ 3534 3600 \end_inset … … 3551 3617 wide false 3552 3618 sideways false 3553 status collapsed3619 status open 3554 3620 3555 3621 \begin_layout Plain Layout … … 3625 3691 \begin_layout Standard 3626 3692 Metody využívající zpětnou elektromotorickou sílu jsou obvykle založeny 3627 na modelu a je tedydůležitá znalost parametrů stroje.3693 na modelu a je důležitá znalost parametrů stroje. 3628 3694 Bylo by tedy dobré najít přístupy, které na parametrech nezávisí, popřípadě 3629 3695 které jsou odolné na jejich změnu. 3630 To se daří u mechanických parametrů stroje ,jako je zátěžný moment například3696 To se daří u mechanických parametrů stroje jako je zátěžný moment například 3631 3697 v 3632 3698 \begin_inset CommandInset citation … … 3871 3937 3872 3938 . 3873 Anizotropie lze ro dělit do dvou hlavních kategorií.3939 Anizotropie lze rozdělit do dvou hlavních kategorií. 3874 3940 První jsou vlastní magnetické výčnělky ( 3875 3941 \emph on … … 3890 3956 \end_inset 3891 3957 3892 jevu (anizotropii) ,v tom smyslu, že jej v základních rovnicích nemáme.3958 jevu (anizotropii) v tom smyslu, že jej v základních rovnicích nemáme. 3893 3959 V reálném zařízení se samozřejmě vyskytují. 3894 3960 … … 3897 3963 \begin_layout Standard 3898 3964 Nejobvyklejším přístupem je, že anizotropie je v podstatě reprezentována 3899 rozdílnými indukčnost imi v osách3965 rozdílnými indukčnostmi v osách 3900 3966 \begin_inset Formula $d$ 3901 3967 \end_inset … … 4057 4123 4058 4124 . 4059 Informac io úhlu natočení, respektive chybě odhadu úhlu natočení je pak4125 Informace o úhlu natočení, respektive chybě odhadu úhlu natočení je pak 4060 4126 získána násobením a následnou aplikací high-pass filtru. 4061 4127 Opět ale platí, že získaná informace je úměrná rozdílu indukčností … … 4114 4180 \end_inset 4115 4181 4116 je vzniká aditivní vysokofrekvenční signál v proudech, ze kterého může4117 býttato chyba získána pomocí pozorovatele4182 vzniká aditivní vysokofrekvenční signál v proudech, ze kterého může být 4183 tato chyba získána pomocí pozorovatele 4118 4184 \emph on 4119 4185 (Tracking Observer … … 4160 4226 . 4161 4227 Optimální hodnotu frekvence je navíc třeba naladit pro konkrétní typ magnetu. 4162 Tento přístup vypadá velmi slibně, ale jak autoři sami uvádějí, je tato4163 metodanová a vyvstává kolem ní ještě mnoho nezodpovězených otázek.4228 Tento přístup vypadá velmi slibně, ale jak autoři sami uvádějí, tato metoda 4229 je nová a vyvstává kolem ní ještě mnoho nezodpovězených otázek. 4164 4230 \end_layout 4165 4231 … … 4223 4289 je užit estimátor založený na napěťovém modelu, v nízkých otáčkách je přidána 4224 4290 vysokofrekvenční injektáž. 4225 Ta s rostoucími otáčkami lineárně klesá a navíc je nad určitou mezní rych olostí4291 Ta s rostoucími otáčkami lineárně klesá a navíc je nad určitou mezní rychlostí 4226 4292 úplně vypnuta. 4227 4293 \end_layout … … 4236 4302 \end_inset 4237 4303 4238 uzpůsob ojí standartní hybridní metodu, zejména její injektážní část, aby4304 uzpůsobují standartní hybridní metodu, zejména její injektážní část, aby 4239 4305 fungovala i s invertorem vybaveným na výstupu 4240 4306 \emph on … … 4252 4318 4253 4319 \begin_layout Standard 4254 Jak již bylo zmíněno výše pro správné řízení je nezbytně nutná znalost polohy4255 natočení rotoru4320 Jak již bylo zmíněno výše, pro správné řízení je nezbytně nutná znalost 4321 polohy natočení rotoru 4256 4322 \begin_inset Formula $\vartheta$ 4257 4323 \end_inset … … 4262 4328 4263 4329 . 4264 Jak tyto veličiny, respektive jejich odhady4330 Postup získání těchto veličin, respektive jejich odhadů 4265 4331 \begin_inset Formula $\hat{\vartheta}$ 4266 4332 \end_inset … … 4270 4336 \end_inset 4271 4337 4272 , získat bylo uvedenov předchozí části.4338 , byl uveden v předchozí části. 4273 4339 Předpokládáme tedy, že známe odhad stavu systému 4274 4340 \begin_inset Formula $\left(\hat{i_{\alpha}},\hat{i_{\beta}},\hat{\omega},\hat{\vartheta}\right)$ 4275 4341 \end_inset 4276 4342 4277 a nyní se zaměříme na to, jak systém správně řídit, tedy naplnit požadavky4343 , a nyní se zaměříme na to, jak systém správně řídit, tedy naplnit požadavky 4278 4344 zadaných kritérií. 4279 4345 V textu budeme předpokládat následující požadavky na řízení: … … 4281 4347 4282 4348 \begin_layout Itemize 4283 dosažení požadovaných otáček -- snaha aby skutečné otáčky systému4349 dosažení požadovaných otáček -- snaha, aby skutečné otáčky systému 4284 4350 \begin_inset Formula $\omega$ 4285 4351 \end_inset … … 4307 4373 4308 4374 \begin_layout Standard 4309 Než přistoupíme k popisu konkrétních řídících algoritmů je důležité upozornit4375 Než přistoupíme k popisu konkrétních řídících algoritmů, je důležité upozornit 4310 4376 na jeden problém ve zde užitém postupu. 4311 4377 Obecně rozdělení algoritmu na estimační a řídící část při současném zachování 4312 4378 optimality je možné pouze pro lineární systémy. 4313 Uvažovaný systém synchronního st oje zřejmě lineární není.4379 Uvažovaný systém synchronního stroje zřejmě lineární není. 4314 4380 Navrhování estimace a řízení současně v jednom algoritmu by však bylo v 4315 tomto případě velmi složité a proto se dopouštíme zmiňovaného zjednodušení.4381 tomto případě velmi složité, a proto se dopouštíme zmiňovaného zjednodušení. 4316 4382 Tento problém lze dále řešit užitím duálních metod, které řízení a estimaci 4317 4383 vzájemně provazují a v ideálním případě by vedly k nalezení optimálního … … 4364 4430 \end_inset 4365 4431 4366 je vidět, že lineari cazí rovnic v4432 je vidět, že linearizací rovnic v 4367 4433 \begin_inset Formula $d-q$ 4368 4434 \end_inset 4369 4435 4370 4436 souřadnicích se dopouštíme menší chyby. 4371 Jedinými nelineárními členy vystupujícími v těchto rovnicích jsou tvaru4372 4437 Jedinými nelineárními členy vystupujícími v těchto rovnicích jsou členy 4438 tvaru 4373 4439 \begin_inset Formula $\mp i_{q,d}\omega$ 4374 4440 \end_inset … … 4438 4504 \begin_layout Standard 4439 4505 PI (proporcionálně integrační) regulátor je jednoduchý systém, který v sobě 4440 kombinuje dvě základní části: Proporcionální, což je v podstatě zesilovač 4506 kombinuje dvě základní části: Proporcionální, což je v podstatě zesilovač, 4441 4507 a integrální reprezentovanou integrátorem. 4442 4508 V tomto systému se vyskytují dvě konstanty … … 4449 4515 4450 4516 , které je třeba vhodně nastavit. 4451 Základní implementace je násled novná:4517 Základní implementace je následující: 4452 4518 \begin_inset Formula 4453 4519 \[ … … 4611 4677 4612 4678 rotoru stroje. 4613 Základní struktura regulátoru pak využije zpětné vazby z otáček, kdy první4614 regulátor reguluje odchylku estimovaných otáček4679 Základní struktura regulátoru je následující: Využije se zpětné vazby z 4680 otáček, kdy první regulátor reguluje odchylku estimovaných otáček 4615 4681 \begin_inset Formula $\hat{\omega}$ 4616 4682 \end_inset … … 4631 4697 4632 4698 volíme nulový, aby bylo dosaženo maximálního momentu. 4633 Tento postup mů mžeme ilustrovat na diskretizované rovnici pro otáčky4699 Tento postup můžeme ilustrovat na diskretizované rovnici pro otáčky 4634 4700 \family roman 4635 4701 \series medium … … 4660 4726 \lang czech 4661 4727 přičemž zanedbáváme poslední člen se zátěžným momentem. 4662 Požadované hodnoty bychom chtěli dosáhnout v následujícím kroku a tedy4663 získámenásledující tvar rovnice4728 Požadované hodnoty bychom chtěli dosáhnout v následujícím kroku a získáme 4729 následující tvar rovnice 4664 4730 \begin_inset Formula 4665 4731 \[ … … 4801 4867 4802 4868 \begin_layout Standard 4803 Touto metodou text již dále nezabývá aje zde uvedena jen pro úplnost.4869 Touto metodou se text již dále nezabývá, je zde uvedena jen pro úplnost. 4804 4870 \end_layout 4805 4871 4806 4872 \begin_layout Section 4807 Lineá řně kvadratické řízení4873 Lineárně kvadratické řízení 4808 4874 \end_layout 4809 4875 … … 4961 5027 4962 5028 \begin_layout Standard 4963 Samotná implementace lineá řně kvadratického řízení pro PMSM v sobě však5029 Samotná implementace lineárně kvadratického řízení pro PMSM v sobě však 4964 5030 nese mnoho komplikací, které je třeba vyřešit. 4965 5031 Detailněji budou tyto problémy rozebrány v kapitole … … 4970 5036 \end_inset 4971 5037 4972 , zde bude jen stručně nastíněna základní probl ématika.5038 , zde bude jen stručně nastíněna základní problematika. 4973 5039 \end_layout 4974 5040 … … 4993 5059 \end_inset 4994 5060 4995 ubíhajícího horiz notu5061 ubíhajícího horizontu 4996 5062 \begin_inset Quotes grd 4997 5063 \end_inset … … 5001 5067 \end_inset 5002 5068 5003 navrhujeme na pomocném časovém horiz notu, který se posouvá vzhledem k aktuálním5069 navrhujeme na pomocném časovém horizontu, který se posouvá vzhledem k aktuálním 5004 5070 u časovému kroku. 5005 5071 S tím je spojená komplikace, jak bude stav systému v budoucích časech vypadat. … … 5020 5086 tohoto postupu můžeme dopouštět již značné chyby. 5021 5087 Samostatnou otázkou je však i samotná linearizace. 5022 Nejdříve je totiž nutné zvolit vhodnou souřadnou soustavu, ve kt reré bude5088 Nejdříve je totiž nutné zvolit vhodnou souřadnou soustavu, ve které bude 5023 5089 vlastní linearizace provedena. 5024 5090 Jak se ukazuje na základě simulací, může to mít značný vliv. … … 5029 5095 Dalším důležitým krokem je zvážit možnost zanedbání některých méně významných 5030 5096 členů. 5031 Případně určit které veličiny se mění velmi pomalu v porovnání s ostatními5097 Případně určit, které veličiny se mění velmi pomalu v porovnání s ostatními 5032 5098 a je možno je považovat téměř za konstantní v průběhu jednoho časového 5033 5099 kroku. … … 5040 5106 \end_inset 5041 5107 5042 a tedy ji budenutné v každém kroku měnit.5108 a bude ji nutné v každém kroku měnit. 5043 5109 Kdyby se vhodným zanedbáním členů například podařilo, že by všechny matice 5044 5110 systému byly konstantní … … 5092 5158 \end_inset 5093 5159 5094 budeme tento model šumu pro jednoduchost předpokládat.5160 , budeme tento model šumu pro jednoduchost předpokládat. 5095 5161 \end_layout 5096 5162 … … 5135 5201 Opatrná 5136 5202 \emph default 5137 část ,má za cíl pokud možno co nejlépe kontrolovat systém a snažit se dosáhnout5203 část má za cíl pokud možno co nejlépe kontrolovat systém a snažit se dosáhnout 5138 5204 optimální shody s požadavky, referenčním signálem. 5139 5205 Oproti tomu … … 5162 5228 a uchovává si o nich statistickou informaci. 5163 5229 Odhad z estimátoru tedy uvažuje například ve tvaru střední hodnoty a variance 5164 dané veličiny a předpokládá, že skutečná hodnota se nach azí například v5230 dané veličiny a předpokládá, že skutečná hodnota se nachází například v 5165 5231 konfidenčním intervalu s těmito parametry. 5166 5232 Z tohoto pohledu tedy přístup CE předpokládá, že skutečná hodnota je rovna … … 5173 5239 5174 5240 \begin_layout Standard 5175 Výše zmíněné důvody ukazují, proč by duální přístup mohl být ob vzláště vhodný5241 Výše zmíněné důvody ukazují, proč by duální přístup mohl být obzvláště vhodný 5176 5242 pro řízení PMSM. 5177 Je ale třeba mít na paměti, že duální řízení s sebou nese i značnénevýhody.5243 Je ale třeba mít na paměti, že duální řízení s sebou nese i nevýhody. 5178 5244 Jedná se především o značnou výpočetní náročnost. 5179 5245 Ta je problematická zejména, když uvažujeme i výpočet v reálném čase. … … 5296 5362 5297 5363 jsou známe kladné konvexní skalární funkce. 5298 Očekáv áná hodnota5364 Očekávaná hodnota 5299 5365 \begin_inset Formula $\mathrm{\mathbf{E}}$ 5300 5366 \end_inset 5301 5367 5302 je počítána vzhledem k všem náhodným veličinám (5368 je počítána vzhledem ke všem náhodným veličinám ( 5303 5369 \begin_inset Formula $x(0)$ 5304 5370 \end_inset … … 5394 5460 5395 5461 \begin_layout Standard 5396 Dříve byly řídící metody založeny na principu CE a tedyneuvažovaly neurčitost.5462 Dříve byly řídící metody založeny na principu CE a neuvažovaly neurčitost. 5397 5463 Odhady jsou při tomto přístupu považovány za skutečné hodnoty parametrů. 5398 5464 Hlavním problémem jsou pak velké přestřely při rychlé adaptaci nebo možnost … … 5400 5466 rotoru PMSM. 5401 5467 A. 5402 Feldbaum ve svých raných prac ech z 60.5468 Feldbaum ve svých raných pracích z 60. 5403 5469 let minulého století ukázal, že CE přístup není vždy optimální, naopak 5404 5470 je od optimality značně vzdálen. 5405 Dále postuloval ,dvě hlavní vlastnosti, které by optimální adaptivní systém5471 Dále postuloval dvě hlavní vlastnosti, které by optimální adaptivní systém 5406 5472 měl mít: (1) výstup systému opatrně sleduje požadovanou referenční hodnotu 5407 5473 a (2) budí (excituje) systém dostatečně, pro urychlení procesu estimace 5408 jeho parametrů , takaby se zlepšila kvalita řízení v budoucích časových5474 jeho parametrů tak, aby se zlepšila kvalita řízení v budoucích časových 5409 5475 krocích. 5410 5476 \end_layout … … 5428 5494 To vede k volbě hrubějších aproximací, kdy může již dojít ke ztrátě duálních 5429 5495 rysů a tedy nedostačujícímu výkonu. 5430 Oproti tomu reformulace je více flexibilní a tedyslibnější.5431 Uvažuje speciální ztrátovou funkci s dvěma sečtenými členy.5496 Oproti tomu reformulace je více flexibilní a slibnější. 5497 Uvažuje speciální ztrátovou funkci se dvěma sečtenými členy. 5432 5498 Jeden kontroluje ztrátu v důsledku odchylky od referenční hodnoty a druhý 5433 5499 míru nejistoty. … … 5435 5501 CE přístupem. 5436 5502 Není však zajištěno trvalé buzení a výkon je opět nedostačující. 5437 Je tedy snahou vhodně kombinovat oba zmiňované přístupy a využít výhod5438 obouza současného potlačení jejich nedostatků.5439 Jednou z takových metod například bikriteriální metoda navr hvržená autory5503 Je snahou vhodně kombinovat oba zmiňované přístupy a využít výhod obou 5504 za současného potlačení jejich nedostatků. 5505 Jednou z takových metod například bikriteriální metoda navržená autory 5440 5506 5441 5507 \begin_inset CommandInset citation … … 5611 5677 \end_inset 5612 5678 5613 jsou tedy použita k estimaci stavů i parametrů systému, ale pouze v souča zném5679 jsou tedy použita k estimaci stavů i parametrů systému, ale pouze v současném 5614 5680 časovém kroku 5615 5681 \begin_inset Formula $t$ … … 5744 5810 5745 5811 \begin_layout Standard 5746 (Popisovaný přístup se jeví z pohledu tohoto textu výhodným ze dvou důvodů.5812 Popisovaný přístup se jeví z pohledu tohoto textu zajímavým ze dvou důvodů. 5747 5813 Jednak využívá LQG regulátory, kterými se práce relativně podrobně zbývá, 5748 5814 dále pak využívá více modelů, které se také v simulacích pro estimátory 5749 ukázaly jako využitelné. )5815 ukázaly jako využitelné. 5750 5816 \end_layout 5751 5817 … … 5765 5831 \begin_layout Standard 5766 5832 V základním návrhu je přidáván vysokofrekvenční signál stále, bez ohledu 5767 na okolnosti a te dy tento návrh se příliš nesnaží o nalezení kompromisu5768 meziopatrným řízením a buzením.5833 na okolnosti a tento návrh se příliš nesnaží o nalezení kompromisu mezi 5834 opatrným řízením a buzením. 5769 5835 Velkou výhodou ale je, že to příliš nevadí, obzvláště při nízkých otáčkách, 5770 5836 protože vysokofrekvenční signál má minimální vliv na samotný chod stroje. … … 5778 5844 dvěma modely, s injektáží a bez. 5779 5845 Jeden je určen pro dobrou estimaci a druhý pro nízké ztráty při řízení. 5780 To vede k velkému zlepšení, protože přídavný signál je injektován ,jen,5846 To vede k velkému zlepšení, protože přídavný signál je injektován jen, 5781 5847 když je opravdu potřeba. 5782 5848 \end_layout … … 5794 5860 přístup, který byl navržen s využitím konkrétních vlastností PMSM a pro 5795 5861 předem určený účel. 5796 Injektovaný vysokofrekvenční signál je užívaný jednak z důvodu menšího5797 vlivu nachod samotného stroje.5862 Injektovaný vysokofrekvenční signál je užívaný z důvodu menšího vlivu na 5863 chod samotného stroje. 5798 5864 Další důvod pro jeho užití je relativně snadné zpracování a vyhodnocení 5799 5865 pomocí metod analýzy signálu, které lze snadno implementovat hardwarově … … 5804 5870 5805 5871 \begin_layout Standard 5806 Je tedy na místě položit otázku, jestli takový topřídavný signál může být5872 Je tedy na místě položit otázku, jestli takový přídavný signál může být 5807 5873 optimálním buzením a nebo mu být alespoň v nějakém smyslu blízko? Odpovědět 5808 5874 samozřejmě není snadné z důvodu praktické neřešitelnosti problému nalezení … … 5829 5895 Tato kapitola se zaměřuje na detaily implementace vybraných algoritmů pro 5830 5896 provedení simulací a porovnání výsledků. 5831 Konkrétní hodnoty p rametrů uvažovaného PMSM a vlastní simulace budou uvedeny5897 Konkrétní hodnoty parametrů uvažovaného PMSM a vlastní simulace budou uvedeny 5832 5898 v následující kapitole. 5833 5899 \end_layout … … 5861 5927 5862 5928 . 5863 Je ale ještě potřeba dodat hodnoty konstant vystupující v rovnicích5929 Je ale ještě potřeba dodat hodnoty konstant vystupujících v rovnicích 5864 5930 \begin_inset Formula 5865 5931 \begin{eqnarray*} … … 5958 6024 \end_inset 5959 6025 5960 a tedyposlední člen třetí rovnice vypadne.6026 , tudíž poslední člen třetí rovnice vypadne. 5961 6027 Rovnice přejdou na tvar 5962 6028 \begin_inset Formula … … 6001 6067 \end_inset 6002 6068 6003 , tedy6069 : 6004 6070 \begin_inset Formula 6005 6071 \[ … … 6275 6341 \end_inset 6276 6342 6277 což může v některých případech vylepšit chování LQG algoritmu, lze tak6343 , což může v některých případech vylepšit chování LQG algoritmu, lze tak 6278 6344 učinit přidáním dalšího členu do ztrátové funkce. 6279 Tento člen budeme volit opět kvadratický a to ve tvaru6345 Tento člen budeme volit opět kvadratický, a to ve tvaru 6280 6346 \begin_inset Formula $\left(u_{t}-u_{t-1}\right)^{T}S\left(u_{t}-u_{t-1}\right)$ 6281 6347 \end_inset … … 6298 6364 6299 6365 představuje vhodně zvolený parametr. 6300 Takový to člen ale ve standartní ztrátové funkci LQ řízení nevystupuje a6301 jehopřidání již není tak snadné.6366 Takový člen ale ve standartní ztrátové funkci LQ řízení nevystupuje a jeho 6367 přidání již není tak snadné. 6302 6368 Při implementaci takto modifikovaného algoritmu bylo užito jiného návrhu 6303 6369 LQ řízení, které je obecnější a tento zápis dovoluje. … … 6354 6420 \end_inset 6355 6421 6356 a postup nevede k nalezení použitelného řídícího algoritmu.6422 , a postup nevede k nalezení použitelného řídícího algoritmu. 6357 6423 \begin_inset Float figure 6358 6424 wide false … … 6560 6626 6561 6627 \begin_layout Standard 6562 Tento tvar rovnic je z hlediska lineariz ece daleko příznivější, protože6628 Tento tvar rovnic je z hlediska linearizace daleko příznivější, protože 6563 6629 jedinými nelineárními členy jsou 6564 6630 \begin_inset Formula $\pm\Delta t\cdot i_{q,d}\omega$ … … 6588 6654 6589 6655 by bylo možno předpočítat a celý návrh řízení by se usnadnil a hlavně urychlil. 6590 Jestli je však možné tyto členy zanedbat a jaké to má důsledky bude ukázáno6656 Jestli je však možné tyto členy zanedbat a jaké to má důsledky, bude ukázáno 6591 6657 dále jako výsledek simulací. 6592 6658 Z tohoto důvodu zde bude uvedena i verze matic pro systém PMSM bez těchto … … 6713 6779 \end_inset 6714 6780 6715 ) její upravená verze vzniklá zanedbáním některých členů.6781 ), její upravená verze vzniklá zanedbáním některých členů. 6716 6782 To vede na matici 6717 6783 \begin_inset Formula … … 6745 6811 . 6746 6812 Implementace v simulátoru naráží na celou řadu potíží, především potřebu 6747 zpracovávat infor amci ze signálu ještě před vstupem do estimátoru (používaný6813 zpracovávat informaci ze signálu ještě před vstupem do estimátoru (používaný 6748 6814 je EKF). 6749 6815 \end_layout … … 6810 6876 6811 6877 \begin_layout Standard 6812 Větší část zde používaných algoritmů (LQ, EKF) již byla popsána v ýše v textu,6813 proto zde uvedeme pouze případné změny.6878 Větší část zde používaných algoritmů (LQ, EKF) již byla popsána v textu 6879 výše, proto zde uvedeme pouze případné změny. 6814 6880 Mění se matice 6815 6881 \begin_inset Formula $C$ … … 6911 6977 Naopak ale větší amplituda způsobuje i větší rušení v samotném PMSM. 6912 6978 Obvykle je v injektážních technikách užívána amplituda menší, zde zvolená 6913 hodnota je vyšší aby opět usnadnila zpracování.6979 hodnota je vyšší, aby opět usnadnila zpracování. 6914 6980 Dalším problémem může být, že zde předkládaný návrh amplitudu nijak neomezuje 6915 6981 s rostoucími otáčkami, stále je tedy injektován signál o stejné amplitudě. … … 6919 6985 6920 6986 \begin_layout Standard 6921 Asi největší komplikací tohoto přístupu, ale i injektáží obecně je vhodný6987 Asi největší komplikací tohoto přístupu, ale i injektáží obecně, je vhodný 6922 6988 návrh low-pass filtru. 6923 6989 Používá se k získání amplitudově modulované informace o poloze rotoru. … … 6943 7009 \end_inset 6944 7010 6945 ale veličina7011 , ale veličina 6946 7012 \begin_inset Formula 6947 7013 \[ … … 6995 7061 6996 7062 \begin_layout Standard 6997 Popisovaný návrh jednoduchého využ ítí injektáží trpí celou řadou více,či7063 Popisovaný návrh jednoduchého využití injektáží trpí celou řadou více či 6998 7064 méně závažných nedostatků, většina z nich již byla zmíněna v předchozím 6999 7065 popisu. 7000 Hlavními problematickými body, které poskytují prostor pro vylepšení jsou:7066 Hlavními problematickými body, které poskytují prostor pro vylepšení, jsou: 7001 7067 \end_layout 7002 7068 … … 7008 7074 \begin_layout Itemize 7009 7075 nepříliš dobrý low-pass filtr -- navrhnutí lepšího filtru by mohlo značně 7010 zlepš ít demodulaci informace obsažené v7076 zlepšit demodulaci informace obsažené v 7011 7077 \begin_inset Formula $q$ 7012 7078 \end_inset … … 7065 7131 \end_inset 7066 7132 7067 ; výsledný interval použitelnosti je tedy velmi malý a bez další úprav představu7068 je velkou překážku7133 ; výsledný interval použitelnosti je tedy velmi malý a bez dalších úprav 7134 představuje velkou překážku 7069 7135 \end_layout 7070 7136 … … 7107 7173 opatrného řízení 7108 7174 \emph default 7109 , které se pod tímto pojmem obvykle rozumí není v případě zde uvažovaného7175 , které se pod tímto pojmem obvykle rozumí, není v případě zde uvažovaného 7110 7176 systému snadné. 7111 7177 Proto místo něj využijeme opět LQ řízení v … … 7264 7330 \family default 7265 7331 . 7266 Některé, zejména jednodušší ,simulace pak byly implementovány i na simulátoru7332 Některé, zejména jednodušší simulace pak byly implementovány i na simulátoru 7267 7333 PMSM poskytnutém vedoucím práce panem Ing. 7268 7334 Václavem Šmídlem Ph.D. … … 7304 7370 \end_inset 7305 7371 7306 Tedy předpokládáme pro jednoduchost koeficient viskozity7372 Předpokládáme pro jednoduchost koeficient viskozity 7307 7373 \begin_inset Formula $B$ 7308 7374 \end_inset … … 7312 7378 \end_inset 7313 7379 7314 nulov y.7380 nulový. 7315 7381 Často užívané zjednodušené koeficienty mají následující hodnoty: 7316 7382 \begin_inset Formula … … 7432 7498 \end_inset 7433 7499 7434 s parametry s7500 s parametry 7435 7501 \begin_inset Formula 7436 7502 \begin{eqnarray*} … … 7454 7520 \end_inset 7455 7521 7456 je znázorněn pro konkrétní simulace.7522 je znázorněna pro konkrétní simulace. 7457 7523 7458 7524 \end_layout … … 7495 7561 . 7496 7562 Tato hodnota byla nalezena experimentálně, aby nezpůsobovala příliš velké 7497 rušení požadovaného průběhu otáček, ale souč esně poskytovala dostatečně7563 rušení požadovaného průběhu otáček, ale současně poskytovala dostatečně 7498 7564 rychlé nalezení správných hodnot. 7499 7565 Hodnotu konstanty je možné zmenšit, nikoliv ale řádově, bez většího vlivu … … 7561 7627 \end_inset 7562 7628 7563 a je pro všechny algoritmy společný (sp lolečný i pro simulátor a simulace7629 a je pro všechny algoritmy společný (společný i pro simulátor a simulace 7564 7630 v 7565 7631 \family typewriter … … 7613 7679 \end_inset 7614 7680 7615 Na grafech je možno pozorovat, že při zvoleném referenčním signálu , dosaheje7681 Na grafech je možno pozorovat, že při zvoleném referenčním signálu dosahuje 7616 7682 LQ řízení srovnatelných výsledků jako vektorové. 7617 7683 LQ řízení obecně více kmitá, ale má tendenci odchylku vzniklou v důsledku … … 7675 7741 Z této simulace je tedy vidět, že není vhodné injektovat signál stále, 7676 7742 ale přidávat ho pouze při nízkých otáčkách, což řeší hybridní metody injektáží. 7677 Dál éještě metoda vykazuje problematické chování ve střední části (7743 Dále ještě metoda vykazuje problematické chování ve střední části ( 7678 7744 \begin_inset Formula $7-9$ 7679 7745 \end_inset … … 7684 7750 7685 7751 vracejí k nulové hodnotě. 7686 To jeví jako další problematický bod této implementace vzhledem k zamýšlenému7687 užití při nízkých otáčkách.7752 To se jeví jako další problematický bod této implementace vzhledem k zamýšleném 7753 u užití při nízkých otáčkách. 7688 7754 \end_layout 7689 7755 … … 7765 7831 Matlabu 7766 7832 \family default 7767 : Vektorové řízení (PI) řídí na nepatrn évětší hodnotu, než je požadovaná.7833 : Vektorové řízení (PI) řídí na nepatrně větší hodnotu, než je požadovaná. 7768 7834 Naopak LQ řízení v 7769 7835 \begin_inset Formula $d-q$ … … 7810 7876 \end_inset 7811 7877 7812 řídí na nepatrně vyšší hodno du než je požadovaná, LQ řízení v7878 řídí na nepatrně vyšší hodnotu než je požadovaná, LQ řízení v 7813 7879 \begin_inset Formula $d-q$ 7814 7880 \end_inset … … 7818 7884 7819 7885 \begin_layout Itemize 7820 Ro díl v kvalitě mezi LQ řízením v7886 Rozdíl v kvalitě mezi LQ řízením v 7821 7887 \begin_inset Formula $d-q$ 7822 7888 \end_inset … … 7850 7916 stroje. 7851 7917 Jedná se pak spíše o testování toho, jak dobře zvládne algoritmus řídit 7852 model ,bez vztahu k reálnému stroji.7918 model bez vztahu k reálnému stroji. 7853 7919 Naopak ale lze očekávat, že když řídící algoritmus nezvládne dosáhnout 7854 7920 určitou hodnotu otáček při řízení modelu, nezvládne to ani na skutečném … … 8067 8133 \end_inset 8068 8134 8069 , tento problém se projevuje zejména při rozběhu a při využ ítí EKF postupně8135 , tento problém se projevuje zejména při rozběhu a při využití EKF postupně 8070 8136 vymizí. 8071 8137 Tedy i špatný odhad … … 8135 8201 8136 8202 \begin_layout Standard 8137 Dále tedy budem označovat8203 Dále tedy budeme označovat 8138 8204 \emph on 8139 8205 CE … … 8161 8227 8162 8228 \begin_layout Standard 8163 Volba nulového počátečního úhlu natočení, tedy takového jaký předpokládá8164 estimátor se může zdát nepříliš zajímavou.8229 Volba nulového počátečního úhlu natočení, tedy takového, jaký předpokládá 8230 estimátor, se může zdát nepříliš zajímavou. 8165 8231 Lze na ní však ilustrovat, jak jednotlivé metody zvládají šum. 8166 8232 … … 8280 8346 8281 8347 \begin_layout Standard 8282 Počáteční hodnot y8348 Počáteční hodnota 8283 8349 \begin_inset Formula $\frac{2}{9}\pi$ 8284 8350 \end_inset 8285 8351 8286 je volena aby byla dostatečně velká, ale současně menší než8352 je volena tak, aby byla dostatečně velká, ale současně menší než 8287 8353 \begin_inset Formula $\frac{\pi}{4}=\frac{2}{8}\pi$ 8288 8354 \end_inset … … 8383 8449 vlastnost rozšířeného Kalmanova filtru. 8384 8450 V případě zahrnutí šumu do systému je výsledek obvykle horší, jak ilustruje 8385 odpovídající gra vnapravo.8451 odpovídající graf napravo. 8386 8452 Užití jednoduché injektážní metody přináší značné zlepšení, kdy je správná 8387 hodnota nalezena již přibližně za 0.1 sekundy. 8453 hodnota nalezena již přibližně za 8454 \begin_inset Formula $0.1$ 8455 \end_inset 8456 8457 sekundy. 8388 8458 Je však třeba podotknout, že se zatím nacházíme v 8389 8459 \begin_inset Quotes gld … … 8533 8603 Největší zhoršení pozorujeme u jednoduché injektážní metody. 8534 8604 Uvažovaná hodnota počátečního úhlu natočení již neleží v intervalu, pro 8535 který metoda spolehlivě funguje a to se projevuje na výsledku.8605 který metoda spolehlivě funguje, a to se projevuje na výsledku. 8536 8606 Stále však tako metoda poskytuje lepší výsledky, než 8537 8607 \emph on 8538 8608 CE 8539 8609 \emph default 8540 přístup a správné hodnoty dosahuje okolo8610 přístup, a správné hodnoty dosahuje okolo 8541 8611 \begin_inset Formula $0.3$ 8542 8612 \end_inset … … 8623 8693 \begin_layout Standard 8624 8694 Všechna tři uvažovaná LQ řízení včetně jednoduchého duálního návrhu jsou 8625 srovnatelná co do kvality sledování požadovaného signálu s ve torovým PI8695 srovnatelná co do kvality sledování požadovaného signálu s vektorovým PI 8626 8696 řízením, které sloužilo jako referenční. 8627 8697 V rámci LQ řízení se ukazuje jako lepší využití souřadné soustavy … … 8637 8707 \end_inset 8638 8708 8639 ) uvažovat závisí především na maximálních otáčkách, které budou od řízení8709 ) uvažovat, závisí především na maximálních otáčkách, které budou od řízení 8640 8710 požadovány. 8641 8711 Když tato hodnota nepřekročí hranici … … 8654 8724 otáčkami. 8655 8725 Tím se dostáváme k hybridním metodám injektáží. 8656 Naopak ale implem ntovaná injektážní technika prokázala lepší schopnost8726 Naopak ale implementovaná injektážní technika prokázala lepší schopnost 8657 8727 odhadování neznámé hodnoty otáček oproti 8658 8728 \emph on … … 8706 8776 8707 8777 \begin_layout Standard 8778 Hlavním záměrem této práce byla možnost využití duálního řízení pro PMSM 8779 při uvažování bezsenzorového návrhu. 8780 Za tímto účelem byl nejdříve popsán samotný PMSM, především jeho rovnice 8781 v různých souřadných soustavách. 8782 Z těchto rovnic se pak vychází při aplikaci řídících a estimačních algoritmů 8783 v celém dalším textu. 8784 \end_layout 8785 8786 \begin_layout Standard 8787 Dále je věnována pozornost odhadování stavových veličin. 8788 Jsou uvedeny klasické a nejčastěji používané přístupy k řešení tohoto problému. 8789 Jsou zahrnuty i injektážní techniky a na nich založené hybridní metody, 8790 které se v praxi nejvíce využívají při bezsenzorovém návrhu, zejména z 8791 důvodu jejich využitelnosti při nízkých a nulových otáčkách. 8792 \end_layout 8793 8794 \begin_layout Standard 8795 Následující kapitola se věnuje řízení. 8796 Je popsáno obvykle využívané vektorové řízení založené na PI regulátorech 8797 a dále lineárně kvadratické řízení. 8798 Větší pozornost je věnována duálnímu řízení. 8799 Jedná se však o velmi složité a výpočetně náročné metody, proto jsou uvažovány 8800 pouze nejjednodušší možnosti. 8801 Je tomu tak především z důvodu požadavku na následné využití řízení PMSM 8802 v reálném čase. 8803 \end_layout 8804 8805 \begin_layout Standard 8806 Vybrané algoritmy byly implementovány, otestovány a porovnány v simulacích. 8807 Jedná se o vektorové řízení, lineárně kvadratické řízení v různých souřadných 8808 soustavách, jednoduchý injektážní návrh a jednoduchý duální návrh založený 8809 na bikriteriální metodě. 8810 Jako pozorovatel byl užíván rozšířený Kalmanův filtr. 8811 Provedené simulace jsou obecně dvou druhů, některé byly provedeny na simulátoru 8812 PMSM, zbylé v programu 8813 \family typewriter 8814 Matlab 8815 \family default 8816 . 8817 \end_layout 8818 8819 \begin_layout Standard 8820 Nejdříve byla posouzena kvalita jednotlivých algoritmů, jak dobře dokáží 8821 sledovat referenční signál. 8822 Všechny uvažované algoritmy s výjimkou jednoduchých injektáží se ukázaly 8823 srovnatelné s vektorovým řízením, které sloužilo jako referenční. 8824 Dále byly zkoumány rozdíly mezi lineárně kvadratickými řízeními v různých 8825 soustavách a jako výhodnější se zde ukazuje 8826 \begin_inset Formula $d-q$ 8827 \end_inset 8828 8829 souřadná soustava. 8830 \end_layout 8831 8832 \begin_layout Standard 8833 Důležitou simulací byla snaha o zjištění, jak dobře se dokáží jednotlivé 8834 metody přizpůsobit neznámému počátečnímu úhlu natočení. 8835 Zde se jednoznačně ukázaly výhody a přednosti duálních algoritmů před neduálním 8836 i. 8837 Jednoduchá injektážní metoda a především jednoduchá duální metoda zvládly 8838 nalézt správnou hodnotu daleko rychleji než neduální algoritmy využívající 8839 pouze rozšířený Kalmanův filtr. 8840 \end_layout 8841 8842 \begin_layout Standard 8843 Hlavní závěry tohoto textu tedy jsou: 8844 \end_layout 8845 8846 \begin_layout Standard 8847 Lineárně kvadratické řízení zvládne poskytnout stejně dobré řízení jako 8848 vektorové a lze z něj vycházet při tvorbě komplikovanějších řídících algoritmů. 8849 Je však třeba upozornit na jeho větší výpočetní náročnost. 8850 Tu lze snížit užitím verze LQ řízení s předpočítanou řídící maticí, která 8851 má ale omezený rozsah použitelnosti vzhledem k otáčkám stroje. 8852 \end_layout 8853 8854 \begin_layout Standard 8855 Jednoduchá injektážní metoda se v současné implementaci ukazuje jako nepoužiteln 8856 á. 8857 Zejména nezvládá vyšší otáčky a má omezený interval počátečních úhlů natočení, 8858 kdy ji lze užít. 8859 \end_layout 8860 8861 \begin_layout Standard 8862 Jednoduché duální řízení založené na bikriteriální metodě poskytuje v porovnání 8863 s ostatními velmi dobré výsledky. 8864 Je zde však ještě prostor pro vylepšení. 8865 Zejména je třeba doplnit algoritmus o detekci problému s roztočením na 8866 opačnou stranu. 8867 Dále je vhodné zkoumat možnost zmenšení parametru velikosti okoli 8868 \begin_inset Formula $\varepsilon$ 8869 \end_inset 8870 8871 , které by bylo vhodnější pro reálnou aplikaci. 8872 Nicméně se ukazuje, že se jedná o vhodnou cestu k nalezení řešení problému 8873 bezsenzorového řízení PMSM. 8874 \end_layout 8875 8876 \begin_layout Standard 8708 8877 \begin_inset Newpage newpage 8709 8878 \end_inset