Printer Friendly

Construction and research of system identifiable mathematical models/Identifikuotinos sistemos matematinio modelio sudarymas ir tyrimas.

Ivadas

Siuolaikines valdymo sistemas sudaro daug elementu, kuriu dalis gali buti netiesiniai ar diskretieji. Tiriant tokias sistemas, dazniausiai naudojami skaitinio imitavimo metodai, taciau norint juos panaudoti, reikalingi matematiniai sistemu modeliai. Be paties matematinio modelio sudarymo problemos iskyla ir jo parametru nustatymo problemos. Matematinio modelio parametru nustatymo procedura vadinama sistemos identifikavimu.

Identifikavimas placiai naudojamas pavaru elektrotechnikoje. Cia dazniausiai identifikuojami pavaros parametrai, tokie kaip variklio apviju varzos ir induktyvumai, apkrovos charakteristikos ir pan. Pvz., moderniame daznio keitiklyje Siemens Simovert Masterdrives esanti programine iranga automatiskai nustato variklio vektoriniam valdymui reikalingas variklio charakteristikas ir pagal jas, taikydama matematini variklio modeli, formuoja valdymo signalus (Identification Systems 2011).

Identifikavimas

Identifikavimas gali vykti ivairiais budais. Paprastai identifikuojant tiriamas sistemos atsakas i testinius signalus. Jei yra galimybe gauti analizine sistemos atsako i testinio signalo israiska, galima naudoti paieskines optimizacijos metodus (Dambrauskas 2003). Taikant siuos metodus, modelio parametrai pasirinktu desniu varijuojami tol, kol modelio isejime gaunamas signalas reikiamu tikslumu sutampa su realios sistemos isejime matuojamu signalu. Tokios sistemos identifikavimo pavyzdys aprasytas (Rinkeviciene et al. 2009). Identifikuoti galima ir pagal lygtis. Siuo atveju lygtys skaitiniais metodais integruojamos ir gaunamas sprendinys lyginamas su matuojamu sprendiniu. Kaip nurodo Isserman (2005), mineti metodai pasizymi paprastumu, taciau pasiekiamas nedidelis tikslumas. Praktiskai jie yra tinkami naudoti tik pirmosios ir antrosios eiles diferencialinemis lygtimis aprasomiems objektams identifikuoti. Norint pasiekti didesni tiksluma, naudojamas sistemu tyrimas daznio srityje, adaptyvieji stebikliai bei dirbtinio intelekto metodai (Isserman 2005).

Identifikacinio eksperimentinio stendo sukurimui pasirinktas paprastas nuolatines sroves variklis. Kaip nurodoma (Smilgevicius 2005) nuolatines sroves variklis aprasomas lygtimis:

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] (1)

cia: [E.sub.in]--inkaro elektrovara; [U.sub.in]--inkaro itampa; [omega]--sukimosi greitis; [R.sub.in]--inkaro varza; [[PHI].sub.z]--zadinimo srautas; c--konstanta.

Is formules (1) matyti, kad sistemos iejimo kintamaisiais galima pasirinkti sukimosi greiti [omega] ir inkaro srove [I.sub.in], o isejimo signalas yra inkaro itampa [U.sub.in].

Sistemos aprasymas

Norint atlikti identifikavimo procesa, pirmiausia reikia tureti duomenu surinkimo ir apdorojimo sistema. Sio bandymo metu buvo sukurta, istirta ir panaudota valdymo ir duomenu surinkimo sistema, kuri pateikta 1 pav.

[FIGURE 1 OMITTED]

Pateikta sistema sudaryta is nuolatines sroves variklio, galios tiltelio, atskiriancio valdymo ir galios grandines, bei itampos stabilizatoriaus, tiekiancio stabilizuota itampa mikrovaldikliui.

Visa schema maitinama is 12 V itampos saltinio. Mikrovaldiklio ir periferiniu irenginiu maitinimui reikalinga 5 V itampa gaunama itampos stabilizatoriuje. Pastarasis sukonstruotas pagal itampa mazinancio impulsinio stabilizatoriaus schema. Taip sumazeja galios nuostoliai.

Galios tiltelis sukonstruotas L289N grandyno pagrindu. Galios grandines maitinamos 12 V saltinio, valdymo --5 V itampa. Strukturine grandyno schema pateikta 2 pav. Joje VT1-VT4--valdomi raktai, maitinantys varikli M.

[FIGURE 2 OMITTED]

Identifikavimui naudojamas mazos galios 2,5 W, 12 V variklis. Sistemos iejimo signalas yra iejimo itampa. Nors tokiame galiu diapazone galima nesunkiai sukonstruoti ir analogini itampos reguliatoriu, taciau sistemoje itampos keitimui naudojamas impulso plocio moduliacijos (IPM) metodas. Sis metodas pagristas vidutines itampos vertes per perioda keitimu keiciant staciakampiu impulsu uzpildomumo koeficienta. Valdymui naudojamas mikrovaldiklis turi integruota IPM signalu generato riu, todel valdymo signala galima efektyviai keisti skaitmeninemis priemonemis.

Variklio greitis yra matuojamas skaiciuojant apsisukimus. Apsisukimai ivertinami ant variklio veleno primontavus optiskai nevienalyti diska ir optiniuose jutikliuose tuos nevienalytiskumus fiksuojant. Tokiu atveju optinio jutiklio isejimo signalo daznis yra proporcingas variklio veleno sukimosi dazniui.

Duomenu variklio valdymui, duomenu surinkimui ir perdavimui i kompiuteri naudojamas mikrovaldiklis. Jis turi apie 20 skaitmeniniu iejimu / isejimu, 5 analoginius iejimus ir 2 "analoginius" isejimus (IPM) (priklausomai nuo idiegtos programos). Mikrovaldiklio periferija sudaro: potenciometras, uzduodantis greicio nuostata, skaitmeninis mygtukas, kurio signalas naudojamas variklio reversui, apsisukimu daviklis, teikiantis skaitmenini signala, sroves jutiklis, matuojantis variklio naudojama srove ir universaliosis jungties (USB--angl. Universal Serial Bus) sasaja, naudojama duomenu protokoliniams mainams su kompiuteriu.

Mikrovaldiklio programos struktura pateikta 3 pav., cia: SIs--skaitmenine isvestis; AI--analogine ivestis; SI--skaitmenine ivestis; ASK--analoginis-skaitmeninis keitiklis. Mikrovaldiklio programos struktura parasyta funkciju pagrindu ir priklausomai nuo poreikio iskvieciamos tam tikros funkcijos duomenu apdorojimui, duomenu mainams, signalu konvertavimui, signalu atpazinimo, periferijos stebejimo ar matematiniu veiksmu atlikimui.

[FIGURE 3 OMITTED]

Vienas didziausiu ir ilgiausiai trunkanciu veiksmu USB sasajos duomenu mainai. Be paciu duomenu surinkimo i paketa ir siuntimo yra vykdoma daug USB sasaja aptarnaujanciu funkciju (Gutleber et al. 2002).

Kompiuteryje duomenims per USB sasaja priimti naudojama speciali biblioteka, kuri yra iskvieciama is LabVIEW programinio paketo (4 pav.). LabVIEW programoje vykdomas duomenu apdorojimas, perskaiciavimas ir pateikimas vartotojui skaitine ar grafine formomis, taip pat duomenys gali buti issaugomi archyvo byloje.

[FIGURE 4 OMITTED]

Tyrimo rezultatai

Valdymo sistema pateikia ivairiais budais apdorotus duomenis, pvz., atvaizduojami duomenu vidurkiai arba akimirkines, vienodu intervalu matuojamos vertes. Todel galima lyginti ir naudoti optimaliai tinkama duomenu apdorojimo metoda.

Valdymo ir duomenu atvaizdavimo aplinkoje (5 pav.) atliekami bandomojo stendo nustatymai. Kadangi naudojama ne standartizuota iranga, o ji kuriama, tai reikia nustatyti impulsu skaiciu per apsisukima tam, kad galima butu apskaiciuoti sukimosi greiti. Tai padeda aiskiau matyti pokycius. Taip pat sistema pateikia tiek skaitine, tiek grafine signalu israiska. Si atvaizdavimo versija pateikia analoginio iejimo (potenciometro nustatoma) procentine israiska nuo maksimalios varikliui tiekiamos itampos vidutines vertes. Sukimosi greitis pateikiamas apsisukimais per minute, srove--akimirkine verte. Trys indikacines lemputes, is kuriu vidurine atvaizduoja nustatyta (fizinio mygtuko) sukimosi krypti.

Norint pritaikyti identifikavimo metodus, reikia nuskaityti variklio paleidimo pereinamojo proceso kreives. Testiniu signalu pasirinkus vienetine Hevisaido funkcija variklis nuliniu laiko momentu tiesiog prijungiamas prie nuolatines itampos saltinio.

Kaip matyti is 6 pav. pateiktu kreiviu, variklio isvystomas greitis nedaug skiriasi, priklausomai nuo sukimosi krypties. Variklis stabdomas tolydziai mazinant jo itampa. Reverso metu matomos iki 1,2 A padidejusios sroves. Sroves yra miliamperines eiles, taciau vaizdingumo delei jos padaugintos is 5. Paleidimo momentu srove padideja ir laikui begant eksponentiskai mazeja iki nusistovejusios, greitis po paleidimo proceso taip pat nusisto vi ties maksimaliu apsisukimu skaiciumi, priklausomai nuo sukimosi krypties.

[FIGURE 5 OMITTED]

[FIGURE 6 OMITTED]

Kaip ir visos sistemos, si sistema turi trukumu. Tai duomenu nestabilumas. Sistemos schemoje yra keletas impusiniu elementu. Tai 12 V maitinimo saltinis, itampos stabilizatorius, varikli maitinanti galios dalis, valdymo signalas taip pat yra impulsinis. Visi sie veiksniai itakoja sistemos maitinimo nestabiluma, todel net nedaug pakitus atstojamajai (mikrovaldiklio maitinimo) itampai, tai itakoja i matavimu rezultatus. Is 6 pav. matyti, kad net stabiliai nustatytas IPM signalas matuojant kinta, nes analoginio signalo keitimas skaitmeniniu signalu yra vykdomas ji lyginant su atstojamuoju, maitinimo itampos signalu. Greicio signalas yra skaitmeninis ir todel yra atsparesnis sistemos maitinimo trikdziams. Jis gaunamas skaiciuojant apsisukimu impulsus tarp duomenu perdavimu i atvaizdavimo langa. Todel jo tikslumas tiesiogiai priklauso nuo optinio tachometro tipo. Tai ypac pastebima esant maziems apsisukimams.

Duomenu apdorojimo ir pateikimo vartotojo lygmens programa yra sudaryta is funkciniu bloku (FBD angl. functional block diagram), todel yra lengvai suprantama ir papildoma naujomis reikiamomis funkcijomis. Duomenu pateikimo lango programos dalis pateikta 7 pav.

[FIGURE 7 OMITTED]

Isvados

1. Sukurta duomenu surinkimo ir pateikimo sistema, turinti savidiagnozes galimybes. Tokia sistema gali buti pritaikoma varikliams tirti ir valdyti.

2. Atlikta sistemos analize leido nustatyti duomenu perdavimo ir apdorojimo sparta naudojant USB jungti--duomenys persiunciami 16 kartu per sekunde. Laikotario tarp duomenu persiuntimu pakanka duomenims apdoroti.

3. Norint gauti stabilesnius duomenis ir sumazinti trikdzius variklio maitinimo bei valdymo grandinese, reikia naudoti maitinimo filtrus.

4. Variklio konstrukcija pritaikoma velenui suktis tam tikra kryptimi, todel nuolatines sroves variklis isvysto skirtinga apsisukimu skaiciu. Priklausomai nuo sukimosi krypties, jis yra 6 300 aps./min. arba 6 660 aps./min.

5. Identifikavimui reikalingas didesnis duomenu kiekis. Tai leistu tiksliau integruoti. Norint gauti mazesne identifikavimo paklaida, reikia maziausiai 128 matavimu per sekunde.

6. Reverso metu srove padideja iki 6 kartu.

doi: 10.3846/mla.2011.018

Literatura

Dambrauskas, A. 2003. Automatiniu valdymo sistemu optimizavimas. Vilnius: Technika. 300 p.

Gutleber, J.; Orsini, L. 2002. Software architecture for processing clusters based on i2o, Cluster Computing 5(1): 55-64. doi:10.1023/A:1012744721976

Identification Systems. 2011 [interaktyvus], [ziureta 2010 10 27]. Prieiga per interneta: <www.automation.siemens.com>.

Iserman, R. 2005. Mechatronic Systems Fundamentals. Londra, Anglia: Springer, 400-620.

Rinkeviciene, R.; Petrovas, A.; Lisauskas, S. 2009. Parameter estimation of induction motor at locked rotor, in Proceedings of the 4th international conference on Electrical and Control Technologies ECT-2009, May 7-8: 111-115.

Smilgevicius, A. 2005. Automatikos mikromasinos. Vilnius: Technika. 330 p.

Robertas Janickas

Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. pastas: robertas.janickas@el.vgtu.lt
COPYRIGHT 2011 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2011 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Electronics and Electrical Engineering/Elektronika ir elektrotechnika
Author:Janickas, Robertas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Author abstract
Geographic Code:4EXLT
Date:Feb 1, 2011
Words:1326
Previous Article:Feasibility study of 8-bit microcontroller applications for Ethernet/Astuoniu skilciu mikrovaldikliu panaudojimo galimybiu tyrimas ethernet tinklo...
Next Article:Stator windings currents harmonics of induction motor, which control frequancy converter/Daznio keitikliu valdomo trifazio asinchroninio variklio...
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2020 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters