Sobre estimació d'estat en accionaments elèctrics
Principis de disseny de control de mode lliscant i aplicacions als accionaments elèctrics. Es tracten els conceptes bàsics, matemàtics i aspectes de disseny dels sistemes d'estructura variable, així com els que tenen els modes de lliscament com a mode de funcionament principal. Els principals arguments a favor del control en mode lliscant són la reducció de l'ordre, el procediment de disseny de desacoblament, el rebuig de pertorbacions, la insensibilitat a les variacions dels paràmetres i la senzilla implementació mitjançant convertidors de potència. S'analitzen els algorismes de control i processament de dades utilitzats en sistemes d'estructura variable. Es demostra el potencial de la metodologia de control en mode lliscant per a la versatilitat dels accionaments elèctrics i els objectius funcionals de control.
Accionaments elèctrics d'alta potència i/o alta tensió. Convertidors multinivell: (1) poden generar tensions gairebé sinusoïdals amb només commutació de freqüència fonamental; (2) gairebé no tenen interferències electromagnètiques ni tensió de mode comú; i (3) són adequats per a accionaments elèctrics de gran tensió i altes tensions. L'inversor en cascada és un ajust natural per a grans unitats totalment elèctriques d'automòbils perquè utilitza diversos nivells de fonts de tensió de CC, que estarien disponibles a partir de bateries o piles de combustible. El convertidor de díode adossat al darrere és ideal quan hi ha una font de tensió CA disponible, com en un vehicle elèctric híbrid. La simulació i els resultats experimentals mostren la superioritat d'aquests dos convertidors sobre els accionaments basats en modulació d'amplada de pols de dos nivells. Convertidors multinivell per a accionaments elèctrics grans.
Des de 1994, la Universitat de Minnesota ha dut a terme una llarga reestructuració dels cursos d'electrònica de potència i màquines/accionaments elèctriques. Aquesta reestructuració permet integrar el control digital als primers cursos, ensenyant així als estudiants allò que han d'aprendre, fent que aquests cursos siguin atractius i proporcionant una continuïtat perfecta als cursos avançats. Amb una presentació concisa en només dos cursos de grau, aquesta reestructuració motiva els estudiants a cursar cursos relacionats en controladors lògics programables, microcontroladors i aplicacions de processador de senyal digital. Sobre estimació d'estat en accionaments elèctrics.Això garanteix una educació de primer ordre que sigui significativa en el lloc de treball, així com en l'educació de postgrau que condueixi a una carrera orientada a la recerca i el desenvolupament. Aquesta reestructuració té diversos components. S'eliminen els temes obsolets que fan perdre el temps i enganyen els estudiants. Per integrar el control en els primers cursos, es desenvolupen enfocaments únics per transmetre la informació de manera més eficaç. En el primer curs d'electrònica de potència, s'identifica un bloc en les topologies de convertidors de potència d'ús habitual. Reestructuració de primers cursos d'electrònica de potència i accionaments elèctrics que integra el control digital.
Amb gairebé dos terços de l'electricitat global consumida pels accionaments elèctrics, no hauria de sorprendre que el seu control adequat representi un estalvi d'energia apreciable. L'ús eficient dels accionaments elèctrics també té aplicacions de gran abast en àrees com l'automatització de fàbriques (robòtica), el transport net (vehicles híbrids elèctrics) i la gestió de recursos d'energia renovable (eòlica i solar). Advanced Electric Drives utilitza un enfocament basat en la física per explicar els conceptes fonamentals del control d'accionament elèctric modern i el seu funcionament en condicions dinàmiques. L'autor Ned Mohan, un líder des de fa dècades en educació i investigació sobre sistemes d'energia elèctrica (EES), revela com la inversió en controls adequats, simulacions avançades de MATLAB i Simulink i una acurada previsió en el disseny de sistemes energètics es tradueixen en estalvis significatius en energia i dòlars. Oferint als estudiants una nova alternativa als tractaments matemàtics estàndard de transformació d'eix dq de quantitats de fase abc, accionaments elèctrics avançats: anàlisi, control i modelització mitjançant MATLAB/Simulink.
D'una banda es dissenya un observador no lineal, mentre que d'altra banda s'estima l'estat de velocitat utilitzant la derivada bruta de la posició mesurada. La derivada bruta és una versió aproximada de la derivada perfecta que introdueix un error d'estimació analitzat poques vegades en aplicacions d'accionament. Per aquest motiu, la nostra proposta en aquest treball consisteix a il·lustrar diversos aspectes sobre el rendiment del derivador brut en presència tant d'incerteses del model com de mesures sorolloses. Per a això, s'introdueix un cas pràctic. L'estudi de cas considera l'estimació de la velocitat del rotor en un motor pas a pas d'imant permanent, assumint que es mesuren la posició del rotor i les variables elèctriques. A més, aquest article presenta comentaris sobre la connexió entre els derivadors bruts i els observadors, i també es remarquen els avantatges i els inconvenients d'ambdues tècniques.
Mètode estadístic d'optimització de màquines elèctriques utilitzat per a accionaments elèctrics.
Es proporciona un mètode per seleccionar i optimitzar un sistema d'accionament elèctric mitjançant l'anàlisi de temes crítics per a la qualitat del sistema d'accionament elèctric segons la teoria Six Sigma. Els temes crítics per a la qualitat inclouen pes, volum, fiabilitat, eficiència i cost. Es poden avaluar diversos enfocaments de disseny per seleccionar un disseny òptim. Els enfocaments de disseny poden incloure tipus de màquina elèctrica, sistema de refrigeració, integració elèctrica i interfície elèctric-mecànica.
Fonaments dels accionaments elèctrics, presenta els temes bàsics i els conceptes fonamentals subjacents a les màquines elèctriques, l'electrònica de potència i els accionaments elèctrics per als estudiants d'enginyeria elèctrica a nivell de grau. Sobre estimació d'estat en accionaments elèctrics.La majoria dels llibres existents sobre accionaments elèctrics es concentren en l'anàlisi de convertidors i de formes d'ona (ignorant la dinàmica de càrrega mecànica) o en les característiques del motor (donant breument a l'anàlisi de convertidors i controladors). Aquest llibre ofereix una visió completa de l'assignatura, al nivell adequat per als estudiants d'EE. El llibre porta els lectors a través de l'anàlisi i el disseny d'un sistema complet d'accionaments elèctrics, que inclou la cobertura de càrregues mecàniques, motors, convertidors, sensors i controladors. A més de servir de text, aquest llibre serveix com a referència útil i pràctica per als enginyers professionals d'accionaments elèctrics.
La simulació de maquinari en bucle és avui un mètode estàndard per provar equips electrònics a la indústria de l'automoció. Com que els accionaments elèctrics i els dispositius electrònics de potència són cada cop més importants en aplicacions d'automoció, aquest tipus de sistemes s'han d'integrar a la simulació de maquinari en bucle. Els convertidors de potència i els accionaments elèctrics s'utilitzen en moltes aplicacions diferents als vehicles actuals (motor híbrid elèctric o elèctric, sistemes de direcció elèctrica, convertidors DC-DC, etc.). L'ampli ventall d'aplicacions, topologies i nivells de potència donen lloc a diferents enfocaments i solucions per a les proves de maquinari en el bucle. Aquest document ofereix una visió general de la simulació de maquinari en bucle d'electrònica de potència i accionaments elèctrics a la indústria de l'automòbil. Es descriuen les tecnologies disponibles actualment i es descriuen els reptes futurs.
La mesura precisa de les pèrdues de potència en dispositius d'alta eficiència és difícil. Els estàndards de mesura per a convertidors industrials i accionaments elèctrics complets, inclosos tant motors com convertidors, entraran en vigor aviat, i s'han d'incloure mètodes de mesura per a aquests dispositius. En el mètode calorimètric, les pèrdues de potència es mesuren directament. Tanmateix, els calorímetres presentats anteriorment són principalment sistemes a mida, i per tant, solen tenir construccions molt complicades. Per tant, la seva aplicabilitat a l'avaluació d'accionaments elèctrics generals és limitada.Sobre estimació d'estat en accionaments elèctrics. En aquest estudi es suggereix un concepte de mesura calorimètrica funcional per a pèrdues de potència de fins a 2 kW. Aquesta pèrdua de potència es pot aplicar amb convertidors electrònics de potència actuals de fins a 110 kW. La construcció del concepte és senzilla i lleugera. No requereix una estructura complexa ni una gran àrea al lloc de mesura. El concepte és escalable i duplicable per a diferents mides. Diferents dispositius amb diferents cablejats es poden mesurar sense cap problema. Concepte calorimètric per a la mesura de pèrdues de potència fins a 2 kW en accionaments elèctrics.
Caldera auxiliar SIM 321 Entrada digital 6ES7 321 -1BL00 - 2AA0 1
Caldera auxiliar SIM 321 Entrada digital 32 CH 6ES7 321 -1BL00 - 0AA0 1
Caldera auxiliar SIM 321 Entrada digital 16 CH 6ES7 321 -1BH02 - 0AA0 1
Caldera auxiliar SIM 322 Sortida digital 32 CH 6ES7 322 -1BL00 - 0AA0 1
Caldera auxiliar SIM 322 Sortida digital 16 CH 6ES7 322 -1BH01 - 0AA0 1
Caldera auxiliar SIM 331 Entrada analògica 8 canals 24 V 13 bits 6ES7 331 - 1KF01- 0AB0 1
Caldera auxiliar SIM 331 Entrada analògica 8 CH 6ES7 331 - 7KF02 - 0AB0 1
Caldera auxiliar SIM 331 Entrada analògica 8 CH 6ES7 331 - 7HF01 - 0AB0 2
Caldera auxiliar SIM 332 Sortida analògica 8 CH 6ES7 332 - 5HF00 - 0AB0 1
Caldera auxiliar SIM 332 Sortida analògica 4 CH 6ES7 332 - 5HD01 - 0AB0 1
La maquinària agrícola moderna ha de funcionar de la manera més eficient. Sovint ja estan equipats amb sistemes de control electrònic. Els accionaments dels implements agrícoles actuals són principalment mecànics o hidràulics. Els últims desenvolupaments i millores en els accionaments elèctrics en reforcen la seva aplicabilitat en maquinària agrícola. La reducció del consum de combustible com a resultat de l'alta eficiència i els procediments de treball automatitzats són d'un cert interès. Pel que fa a l'arquitectura del sistema, les anomenades estructures agrohíbrides es poden derivar dels sistemes híbrids d'automoció. S'han de definir i seleccionar conjuntament amb la funcionalitat requerida. Es presentaran alguns resultats bàsics d'una enquesta entre fabricants d'equips i maquinària austríacs sobre l'interès en els accionaments elèctrics i el potencial.
El sistema d'accionament elèctric amb diverses unitats de motor és una forma principal de control de la transmissió. La conducció elèctrica síncrona és sovint el problema clau del sistema. En aquest article es presenten el principi bàsic del control síncron i tres tipus de mètodes de control sincrònic i les seves característiques es discuteixen en detall.
Els models es presenten en forma de circuit equivalent per preservar la identitat dels paràmetres no lineals. Els circuits, designats com a forma Γ o Γ inversa, són més simples que el circuit convencional en forma T. Els seus paràmetres es determinen fàcilment a partir de mesures terminals. Els principals efectes de la no linealitat magnètica s'inclouen als models d'una manera més precisa que la que s'obté habitualment amb els circuits convencionals en forma de T. També es discuteix la modelització dels harmònics de temps.
Diferents tipus de simulació de maquinari en bucle per a accionaments elèctrics 。Les simulacions de maquinari en bucle (HIL) s'utilitzen cada cop més per avaluar el rendiment dels accionaments elèctrics. Les simulacions de programari permeten desenvolupar el control del sistema estudiat. En aquest cas generalment s'assumeixen moltes simplificacions per reduir el temps de càlcul. Abans d'una implementació en temps real del control, les simulacions HIL podrien ser un pas intermediari molt útil. Així, s'introdueix un dispositiu de maquinari en el bucle per tal de tenir en compte les seves restriccions reals. En aquest article, es suggereixen tres tipus diferents de simulació HIL: nivell de senyal, nivell de potència i nivell mecànic. Es posa un exemple per al sistema de tracció d'un patinet elèctric.
La identificació del senyal és un problema comú en aplicacions d'accionament elèctric. Aquest article proposa l'ús de transformades wavelet per extreure i identificar components de freqüència específics. Inicialment, les mesures de corrent d'una aplicació de tensió/hertz constant es filtren mitjançant diverses wavelets i els resultats es comparen amb mètodes de filtratge convencionals. Aleshores es proposa un mètode pseudoadaptatiu de denoising basat en wavelets que ajusten el nivell de descomposició en funció de la velocitat del rotor. Finalment, les wavelets s'utilitzen en un esquema d'estimació de velocitat d'injecció d'alta freqüència i es demostra que són superiors als mètodes convencionals en aquests casos, on la informació útil pot estar a una freqüència més alta i tenir components de freqüència imprecisos. Els resultats experimentals i simulats verifiquen aquestes afirmacions.
Dues qüestions segueixen sent un gran repte en el disseny i l'aplicació d'accionaments elèctrics controlats avançats, és a dir, la recuperació de l'energia de frenada i la capacitat de circulació del sistema d'accionament. A part de les solucions ordinàries, com ara els convertidors dorsal i matricial, s'utilitza un enfocament basat en el convertidor d'accionament frontal de díode ordinari equipat amb un element d'emmagatzematge d'energia en algunes aplicacions, com ara accionaments de tracció i elevació. Aquest enfocament s'ha centrat recentment amb el ràpid desenvolupament de condensadors electroquímics de doble capa, els anomenats ultracondensadors. Per aconseguir la flexibilitat del sistema i una millor eficiència, l'ultracondensador es connecta a la unitat mitjançant un convertidor dc-dc. El convertidor es controla de manera que compleixi els objectius de control: el control de la tensió del bus de corrent continu, l'estat de càrrega de l'ultracondensador i el filtrat de potència punta. En aquest article, hem discutit els aspectes de modelatge i control de la unitat elèctrica controlada regenerativa que utilitza l'ultracondensador com a dispositiu d'emmagatzematge d'energia i font d'alimentació d'emergència.
Disseny del controlador de velocitat per a accionaments elèctrics sense sensor basat en tècniques d'IA: un estudi comparatiu Els controladors de velocitat basats en (1) xarxa neuronal d'alimentació anticipada, (2) xarxa neuro-difusa i (3) Takagi-Sugeno autoorganitzada ( TS) es dissenyen models basats en regles. Es realitza una anàlisi comparativa del comportament de la unitat amb aquests tres tipus de controladors de velocitat basats en IA. A més, es fa una comparació respecte al rendiment del variador obtingut amb un controlador PI optimitzat convencional. Un estudi detallat de simulació d'una sèrie de transitoris indica que el millor rendiment, en termes de precisió i complexitat computacional, l'ofereix el controlador Takagi-Sugeno autoorganitzat. Els controladors estan desenvolupats i provats per a una planta que inclou un motor de corrent continu excitat per separat de velocitat variable.
Des del punt de vista de l'EMC, la integració de sistemes de propulsió elèctrica als cotxes actuals representa un repte substancial. El sistema d'accionament elèctric és un nou component format per una font d'alimentació d'alta tensió, un convertidor de freqüència, un motor elèctric i cables d'alta potència blindats o no apantallats. Tractar aquest nou sistema d'accionament elèctric o els seus components com un component d'automoció convencional pel que fa als procediments de prova d'EMI i als límits d'emissions comportaria problemes d'incompatibilitat substancials. En aquest article, s'investiguen els problemes d'EMC relacionats amb la integració d'un sistema d'accionament elèctric en un cotxe de passatgers convencional. S'han analitzat els components del sistema d'accionament sent fonts de soroll o formant part del camí d'acoblament dins del nou sistema elèctric del cotxe. Els resultats obtinguts també es poden utilitzar per determinar els nivells de soroll acceptables en un bus d'alta tensió d'un sistema d'accionament elèctric.
Convertidor del costat de línia controlat per PWM d'harmònics reduïts per a accionaments elèctrics Es descriu un modulador d'amplada de pols d'harmònics reduïts i la seva aplicació al control d'un convertidor de potència del costat de línia de tres nivells per a un accionament de CA de velocitat variable. L'esquema de modulació d'amplada de pols per a l'inversor de font de tensió determina cada instant de commutació individual sobre la base d'un balanç volt-segon actualitzat contínuament entre el vector de referència i el vector d'estat de commutació real. Es mostra que la seqüència de polsos generada és asíncrona. Els espectres de Fourier es caracteritzen per l'absència de components portadors discrets d'alta amplitud. Es redueix l'emissió de soroll acústic irradiat pels components magnètics. S'han obtingut resultats experimentals a partir d'un convertidor de transistors que funciona amb una font d'alimentació industrial de 660 V. La tensió de l'enllaç DC és de 1200 V.
Els inversors tradicionals de modulació d'amplada de pols d'alta freqüència (PWM) de dos nivells per a accionaments de motor tenen diversos problemes associats amb la seva commutació d'alta freqüència que produeix una tensió de mode comú i taxes de canvi d'alta tensió (dV/dt) als bobinats del motor. Els inversors multinivells resolen aquests problemes perquè els seus dispositius poden canviar a una freqüència molt inferior. Sobre estimació d'estat en accionaments elèctrics.S'identifiquen dues topologies multinivells diferents per utilitzar-les com a convertidor de potència per a accionaments elèctrics: un inversor en cascada amb fonts de CC separades; i un convertidor de díode adossat. L'inversor en cascada és un ajust natural per a grans accionaments totalment elèctrics d'automoció a causa de les altes classificacions de VA possibles i perquè utilitza diversos nivells de fonts de tensió de CC que estarien disponibles a partir de bateries o piles de combustible. El convertidor de subjecció de díode adossat és ideal quan hi ha una font de tensió CA disponible, com ara un vehicle elèctric híbrid. La simulació i els resultats experimentals mostren la superioritat d'aquests dos convertidors de potència sobre les unitats basades en PWM.
Es descriu el concepte d'un modulador PWM d'harmònics reduïts, aplicat per al control d'un convertidor de potència del costat de la línia per a accionaments elèctrics de velocitat variable. L'algorisme PWM determina la durada en estat de cada vector de commutació basant-se en l'observació del vector de referència de tensió variable en el temps. Com que no es fa referència a un senyal portador de freqüència constant, els patrons de pols generats es tornen asíncrons. La propietat essencial d'aquest mètode és produir un espectre harmònic quasi continu en el qual tots els components de freqüència tenen magnituds més o menys iguals. Aquest és un avantatge en comparació amb els esquemes de control PWM basats en portadors que presenten components de banda lateral i portadora d'alta amplitud en els seus espectres harmònics. Es redueix l'emissió de soroll acústic irradiat des de l'inductor del filtre de CA.
