Struktury odpornego sterowania elektrycznego napędu bezpośredniego z wykorzystaniem koncepcji sterowania ślizgowego

Tematyka rozprawy obejmuje rozważania teoretyczne, a także badania symulacyjne i doświadczalne napędów bezpośrednich z silnikami synchronicznymi o wzbudzeniu od magnesów trwałych sterowanych metodą ruchu ślizgowego. W pracy skupiono się na układach regulacji położenia i szybkości, przyjmując założenie, że zrealizowana jest wewnętrzna pętla wektorowego sterowania silnika i regulacji składowych wektora prądu. Wykazano, iż metoda sterowania ślizgowego dla elektrycznych napędów bezpośrednich pozwala na uzyskanie oporności na zmiany parametrów napędu także dla napędów z znacznym momentem tarcia.
Na podstawie rozważań teoretycznych potwierdzonych badaniami symulacyjnymi i laboratoryjnymi sformułowano wniosek,w przypadku rzeczywistych napędów elektrycznych sterowanych w sposób dyskretny konieczne jest ograniczenie wzmocnienia w pętli regulacji momentu obrotowego. Wynika stąd konieczność zastąpienia w analizowanej strukturze regulacji nieciągłej funkcji sgn() przez ciągłą aproksymację sat(). Przeanalizowane zostały rozmaite realizacje takiej aproksymacji, obejmujące układy o stałej i zmiennej szerokości strefy aproksymacji i układy z członem całkującym wewnątrz strefy aproksymacji. Badano w dodatku układy z najróżniejszymi filtrami wyjściowymi oraz struktury sterowania ślizgowego z obserwatorami.
istotnie dużo uwagi poświęcono zastosowaniu metod wnioskowania rozmytego. Przeprowadzona analiza i badania pozwoliły na sformułowanie wniosków dotyczących zasad wykorzystywania tej techniki w połączeniu z regulatorami ślizgowymi. W pracy krytycznie oceniono obecny w piśmiennictwie światowym kierunek prac polegających na prostym zastąpieniu ciągłej aproksymacji funkcji sgn() poprzez jedno- albo dwuwymiarowy układ wnioskowania rozmytego. Wykazano brak znacznych zalet takiego rozwiązania przy jednoczesnym braku reguł doboru bloku wnioskowania rozmytego i niełatwej ocenie stabilności. Pozytywnie zweryfikowano natomiast użycie mechanizmu wnioskowania rozmytego jako agregacji regulatorów elementarnych.
Zaproponowano strukturę rozmytego, hybrydowego układu regulacji położenia i szybkości, łączącą metodą logiki rozmytej zmodyfikowany regulator położenia i prędkości o strukturze P-P-I, a także regulator ślizgowy z wyjściowym członem całkującym. Zaletami takiej struktury są: wyjątkowo dobre właściwości dynamiczne i statyczne układu regulacji, transparentny zbiór reguł doboru parametrów obu regulatorów oraz prosta implementacja w rzeczywistym układzie sterowania. Wykazano eksperymentalnie, iż tak zaproponowany hybrydowy układ regulacji cechuje się w dodatku dobrymi właściwościami oporności na zmiany parametrów.
Na zapotrzebowania napędu bezpośredniego mechanizmów o obszernym momencie tarcia suchego zaproponowano modyfikacje układu sterowania polegające na zaimplementowaniu zmiennej szerokości strefy aproksymacji funkcji sgn() wraz z obserwatorem momentu obciążenia, a także na zaimplementowaniu sektorowego sterowania ślizgowego. Zweryfikowano także zachowanie się w takich warunkach pracy hybrydowego układu regulacji z wnioskowaniem rozmytym.
Zaproponowano nowe rozwiązanie generatora sygnałów wzorcowych pełniącego rolę interpolatora w systemie sterowania układu napędowego. Istotą proponowanego rozwiązania jest zastąpienie charakterystycznych obliczeń off-line trajektorii wzorcowej przez obliczany on-line modelowy układ regulacji szybkości i położenia.
W pracy przedstawiono ergonomiczną kompensację tętnień tworzonego momentu elektromagnetycznego przez wprowadzenie dopełniającej składowej prądu zadanego. Przeprowadzono także identyfikację częstotliwościową obciążenia mechanicznego. Wyróznione częstotliwości rezonansowe i antyrezonansowe wykorzystano do syntezy filtru cyfrowego w torze sprzężenia zwrotnego. Opracowano model symulacyjny wiernie odwzorowujący zachowania się rzeczywistego napędu. Szczególną rolę zwrócono na identyfikację i modelowanie tarcia, uwzględnienie opóźnień wnoszonych poprzez układy sterowania i pomiarów oraz dyskretny charakter układu sterującego. Przeprowadzone badania doświadczalne napędu bezpośredniego z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych pozwoliły na weryfikację rozważań teoretycznych i badań symulacyjnych