Adaptacyjny regulator prędkości dla układu napędowego z połączeniem sprężystym

Autor:         mgr inż.  Marcin Kowalski

Promotor:    dr inż. Dominik Łuczak

Praca dyplomowa magisterska. Studia stacjonarne.

Celem pracy była synteza wybranych struktur adaptacyjnego regulatora prędkości dla układu elektromechanicznego z połączeniem sprężystym, przeprowadzenie badan symulacyjnych oraz implementacja rozwiązań w języku C. Zdecydowano się wykorzystać strukturę regulatorów z modelem odniesienia ze względu na ich częste zastosowanie w układach serwomechanizmów. Wykorzystano klasyczne metody syntezy regulatorów ciągłych: regułę MIT oraz metodę Lapunowa, ze względu na ułatwiona syntezę oraz analizę dla układu wysokiego rzędu.

Model symulacyjny wykorzystywany w niniejszej pracy zbudowano w odniesieniu do stanowiska laboratoryjnego służącego do badania napędu bezpośredniego. Rozważany układ napędowy przedstawiono na rysunku 1.

Rysunek 1: Stanowisko laboratoryjne do badania napędu bezpośredniego

Strukturę stanowiska z rysunku 1 wraz z układem sterowania przedstawiono na rysunku 2

Rysunek 2: Struktura stanowiska laboratoryjnego do badania napędu bezpośredniego [1]

Ze względu na charakter modelowanego obiektu zdecydowano się na potrzeby niniejszej pracy wykorzystać grupę regulatorów z modelem odniesienia. Jest to podyktowane stosunkowo prosta struktura, możliwością wykorzystania metod klasycznej automatyki do syntezy oraz analizy układu regulacji oraz częstym stosowaniem w układach napędowych. Schemat blokowy rozważanego układu regulacji przedstawiono na rysunku 3.

Rysunek 3: Schemat blokowy układu regulacji adaptacyjnej z modelem odniesienia

Uzyskane wyniki dla stałej czasowej modelu odniesienia równej 50 ms, momentu bezwładności po stronie obciążenia równego 0.75 km2 oraz podstawowej amplitudy sygnału zadanego dla dwóch badanych regulatorów, zostały przedstawione na rysunkach 4.1 – 4.2.

Oceny przebiegu procesu adaptacji dokonano na podstawie analizy przebiegów uzyskanych podczas symulacji oraz całkowych wskaźników jakości adaptacji. W rozważanych układach z modelem odniesienia przyjęto  Js - całkę z kwadratu błędu śledzenia modelu odniesienia przez układ regulacji oraz jego Ja - wartości bezwzględnej. Wartości wskaźników jakości adaptacji dla rozpatrywanych przypadków umieszczono w tabeli 4.1. Pogrubiona czcionka zaznaczono mniejsze wartości wskaźników dla porównania dwóch regulatorów w każdym z rozpatrywanych przypadków.

[1] S. Brock, D. Łuczak. Speed control in direct drive with non-stiff load. 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, strony 1937–1942, 2011.