Automatyka napędu elektrycznego 0800-AUTONA

Wykład obejmuje:
1. Wstęp:
- Podstawowe pojęcia stosowane w automatyce napędu elektrycznego
- Przegląd struktur regulacji stosowanych w napędach DC i AC
- Zastosowania napędów elektrycznych
2. Napędy prądu stałego
- Modele matematyczne maszyn prądu stałego
-- równania różniczkowe
-- transmitancja operatorowa
-- równania stanu
- Kaskadowe struktury regulacji
-- synteza regulatora prądu typu PI
-- synteza regulatora prądu typu IMC
-- anty-windup
-- synteza regulatora prędkości typu PI
-- dyskretyzacja regulatora typu PID
- Regulator od stanu
-- synteza regulatora metodą lokowania biegunów
-- synteza regulatora metodą optymalizacji liniowo-kwadratowej
-- wprowadzenie sygnału referencyjnego
-- dyskretyzacja regulatora ze sprzężeniem od wektora stanu
- estymacja zmiennych stanu w napędzie z silnikiem DC

3. Struktury sterowania napędów z PMSM
-- sterowanie składowymi prądu stojana
-- sterowanie momentem i strumieniem
- struktury sterowania prędkością PMSM
-- regulator PI
-- regulator odporny
- struktury sterowania położeniem PMSM
-- regulator odporny
-- regulator ze sprzężeniem od wektora stanu
- estymacja zmiennych stanu w napędzie z PMSM

Laboratorium obejmuje:
- Modelowanie serwonapędu z silnikiem prądu stałego
- Wyznaczanie parametrów modelu na podstawie odpowiedzi skokowej
- Dobór nastaw regulatora prądu silnika DC przy użyciu kryterium modułowego optimum oraz sterowania z modelem wewnętrznym
- Dobór nastaw regulatora prędkości przy użyciu kryterium symetrycznego optimum
- Dobór nastaw regulatora położenia
- Wprowadzenie sprzężenia wprzód
- Dobór nastaw regulatora bazującego na sprzężeniu od wektora zmiennych stanu
- Projektowanie obserwatora momentu obciążenia
- Modelowanie silnika synchronicznego o magnesach trwałych
- Wyznaczanie parametrów modelu na podstawie odpowiedzi skokowej
- Opracowanie polowo-zorientowanej struktury regulacji
- Dobór nastaw regulatorów składowych wektora przestrzennego prądu
- Dobór nastaw regulatora prędkości

Całkowity nakład pracy studenta

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (60 godz.): - udział w wykładach – 30 godz. - udział w laboratorium – 30 godz. Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (70 godz.): - przygotowanie do wykładu – 10 godz. - przygotowanie do laboratorium – 30 godz. - przygotowanie do egzaminu – 30 godz. Łącznie: 130 godz. (5 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza

W1 – zna budowę napędu elektrycznego oraz potrafi wymienić podstawowe komponenty wchodzące w jego skład – K_W05 W2 – orientuje się w trendach rozwojowych mikroprocesorów oraz modułów mocy stosowanych w napędach elektrycznych – K_W04, K_W10 W3 – zna podstawowe parametry oraz wielkości opisujące układ napędowy – KW05, K_W03 W4 – ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą własności napędów elektrycznych z silnikami prądu stałego i przemiennego – K_W05 W5 – orientuje się w metodach sterowania momentem i prędkością silników elektrycznych – K_W05 W6 – zna rodzaje regulatorów stosowanych w napędach elektrycznych oraz metody strojenia – K_W09, K_W05 W7 – zna podstawowe metody estymacji zmiennych stanu stosowane w sterowaniu bezczujnikowym – K_W09

Efekty uczenia się - umiejętności

U1 – potrafi dobrać napęd elektryczny do zadanych kryteriów użytkowych i wymagań eksploatacyjnych – K_U01, K_U08, K_U13 U2 – umie zaproponować strukturę regulacji zapewniającą uzyskanie pożądanej jakości regulacji położenia, prędkości kątowej oraz momentu elektromagnetycznego silnika – K_U10, K_U12 U3 – potrafi zastosować właściwe kryterium doboru nastaw (modułowe optimum, symetryczne optimum, sterowanie z modelem wewnętrznym, optymalizacja liniowo-kwadratowa, lokowanie biegunów) regulatorów stosowanych w napędach elektrycznych (PID, regulator od stanu, regulator histerezowy) – K_U08, U4 – potrafi określić rodzaj zastosowanej metody sterowania napędem elektrycznych na podstawie dokumentacji – K_U01 U5 - umie zaimplementować model obwodowy napędu elektrycznego w środowisku Matlab/Simulink - K_U07 U6 - potrafi przeprowadzić proces syntezy regulatorów prądu, prędkości i położenia kątowego w środowisku Matlab/Simulink - K_U07

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1 – zna ograniczenia związane ze stosowaniem poszczególnych napędów elektrycznych w środowisku przemysłowym – K_K06

Metody dydaktyczne

Metoda dydaktyczna podająca: - wykład informacyjny (konwencjonalny) Metoda dydaktyczna poszukująca: - laboratoryjna

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące

- laboratoryjna

Rodzaj przedmiotu

przedmiot fakultatywny

Wymagania wstępne

Znajomość podstaw elektrotechniki, automatyki, teorii sterowania oraz maszyn elektrycznych

Koordynatorzy przedmiotu

Tomasz Tarczewski

Kryteria oceniania

Metody oceniania:
egzamin pisemny – W1, W3÷W7, U2, U3
laboratorium – U2, U3, U5, U6

Kryteria oceniania:
Wykład: egzamin pisemny zawierający pytania otwarte
ndst: < 51%
dst: 51% ÷ 60%
dst plus: 61% ÷ 70%
db: 71% ÷ 80%
db plus: 81% ÷ 90%
bdb: > 90%
Warunkiem umożliwiającym pisanie egzaminu jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium.

Kryteria oceniania:
Laboratorium: ocena na podstawie wejściówek (3 x 3 pkt.) oraz realizacji zadania projektowego (1 x 9 pkt.).

ndst: < 51%
dst: 51% ÷ 60%
dst plus: 61% ÷ 70%
db: 71% ÷ 80%
db plus: 81% ÷ 90%
bdb: > 90%

Praktyki zawodowe

nie dotyczy

Literatura

Literatura podstawowa:
1. K. Zawirski, J. Deskur, T. Kaczmarek. Automatyka napędu elektrycznego, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2012
2. L.M. Grzesiak, A. Kaszewski, B. Ufnalski, Sterowanie napędów elektrycznych, Warszawa 2016
3. M.P. Kaźmierkowski, F. Blaabjerg, R. Krishnan, Control in power electronics – selected problems, Elsevier, 2002

Literatura uzupełniająca:
1. S.N. Vukosavic, Digital control of electrical drives, Springer, 2007
2. T. Orłowska-Kowalska: Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi, Oficyna Wyd. Pol. Wrocławskiej, 2003
3. L.M. Grzesiak, T. Tarczewski, PMSM servo-drive control system with a state feedback and a load torque feedforward compensation, Compel, 2013
4. R. Szczepanski, M. Kaminski, T. Tarczewski, Auto-tuning process of state feedback speed controller applied for two-mass system, Energies, 2020
5. Ł.J. Niewiara, R. Szczepański, T. Tarczewski, L.M. Grzesiak, State Feedback Speed Control with Periodic Disturbances Attenuation for PMSM Drive, Energies, 2021

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0800-AUTONA w USOSweb