Udvikling af en Automatisk Parameter-Identifikationsmetode til PMSM Drivsystemer med LC-Filter
Studenteropgave: Kandidatspeciale og HD afgangsprojekt
- Magnus Lønstrup Weber
- Jeppe Haals Christensen
- Nikolai Hedegaard Kristensen
4. semester, Elektromekanisk Systemdesign, Kandidat (Kandidatuddannelse)
I dette projekt fokuseres der på, at udvikle en metode til parameter identifikation af et
system med en inverter der styrer en elektrisk motor, hvor der er monteret et LC-filter
mellem inverter og motor. En inverter styrer en motor ved pulsbreddemodulation,
hvilket grundlæggende fremkommer af, at en række kontakter, mellem en DC forsyn-
ing og motoren, slukker og tænder systematisk. I systemer der styres med pulsbred-
demodulation, kan der opstå høje spændingsgradienter, hvilket kan føre til uønskede
egenskaber. Eksemplerpåuønskedeegenskabererakustiskstøjogbeskadigelseafmo-
toren. For at reducere de uønskede egenskaber, implementeres et LC-filter mellem
inverter og motor. Normalvis estimeres et systems parametre for effektivt at kunne
styremotoren,mennåretLC-filterimplementeresisystemetsåøgeskompleksitetenaf
systemet, hvorved identificering af systemets parametre ikke kan ske ved traditionelle
metoder. Der ønskes derfor at udvikle en metode til parameteridentifikation, der kan
tilsluttes et eksisterende system med LC-filter og derved identifiere systemets parame-
ter.
Et testsystem har været opstillet i laboratoriet i forbindelse med projektet, bestående
af inverter, LC-filter og motor. Systemets komponenter er undersøgt og modeller af
systemet er opstillet til simulering på PC. Det simulerede system benyttes til udvikling
af en metode til parameter identifikation af systemet, som eftervises på laboratorieop-
stillingen.
Der udvikles en metode til parameteridentifikation, inspireret af artikler på området.
Metoden til parameteridentifikation tager udgangspunkt i at excitere systemet med et
pulsbreddemoduleret signal, der er baseret på en tilfældig sekvens af binære tal. Sys-
temetsspændinger ogstrømme måles, medegetudviklethardware, ogbruges til, ates-
timere systemet udfra spektralanalyse. Et analytisk udtryk for systemet opstilles og en
optimeringsalgoritme benyttes til, at tilpasse det analytiske udtryk til det estimerede
system, hvorved systemets parametre identificeres.
I forbindelse med excitering og måling af systemet, har der været udviklet og fremstil-
let hardware specifikt til formålet. Ved design af hardware har der været fokus på præ-
cise målinger med høj båndbredde, samt frasortering af støjgradienter. Det designede
hardware har været fremstillet i laboratoriet, på Aalborg Universitet, og er fremstillet af
projektdeltagerne.
Metoden til parameteridentifikation afprøves på det simulerede system, hvor meto-
denspræstationevalueres,førmetodenimplementerespålaboratorieopstillingen. Ved
implementering i laboratoriet benyttes det egetudviklede hardware, sammen med en
indlejret enhed fra National Instruments, til afvikling af det tilhørende software. Det
tilhørende software er udviklet til, at kunne fungere, som en stand alone løsning, hvor
programmet kan initialiseres og resultater aflæses uden brug af eksternt udstyr.
Afslutningsvis undersøges der, hvilke indstillinger af metoden der medfører en effektiv
og præcis identifikation af laboratorieopstillings parametre. Der undersøges hvilken
indflydelse forskellige indstillinger har på eksekveringstid og resultat af optimeringsal-
goritmen.
system med en inverter der styrer en elektrisk motor, hvor der er monteret et LC-filter
mellem inverter og motor. En inverter styrer en motor ved pulsbreddemodulation,
hvilket grundlæggende fremkommer af, at en række kontakter, mellem en DC forsyn-
ing og motoren, slukker og tænder systematisk. I systemer der styres med pulsbred-
demodulation, kan der opstå høje spændingsgradienter, hvilket kan føre til uønskede
egenskaber. Eksemplerpåuønskedeegenskabererakustiskstøjogbeskadigelseafmo-
toren. For at reducere de uønskede egenskaber, implementeres et LC-filter mellem
inverter og motor. Normalvis estimeres et systems parametre for effektivt at kunne
styremotoren,mennåretLC-filterimplementeresisystemetsåøgeskompleksitetenaf
systemet, hvorved identificering af systemets parametre ikke kan ske ved traditionelle
metoder. Der ønskes derfor at udvikle en metode til parameteridentifikation, der kan
tilsluttes et eksisterende system med LC-filter og derved identifiere systemets parame-
ter.
Et testsystem har været opstillet i laboratoriet i forbindelse med projektet, bestående
af inverter, LC-filter og motor. Systemets komponenter er undersøgt og modeller af
systemet er opstillet til simulering på PC. Det simulerede system benyttes til udvikling
af en metode til parameter identifikation af systemet, som eftervises på laboratorieop-
stillingen.
Der udvikles en metode til parameteridentifikation, inspireret af artikler på området.
Metoden til parameteridentifikation tager udgangspunkt i at excitere systemet med et
pulsbreddemoduleret signal, der er baseret på en tilfældig sekvens af binære tal. Sys-
temetsspændinger ogstrømme måles, medegetudviklethardware, ogbruges til, ates-
timere systemet udfra spektralanalyse. Et analytisk udtryk for systemet opstilles og en
optimeringsalgoritme benyttes til, at tilpasse det analytiske udtryk til det estimerede
system, hvorved systemets parametre identificeres.
I forbindelse med excitering og måling af systemet, har der været udviklet og fremstil-
let hardware specifikt til formålet. Ved design af hardware har der været fokus på præ-
cise målinger med høj båndbredde, samt frasortering af støjgradienter. Det designede
hardware har været fremstillet i laboratoriet, på Aalborg Universitet, og er fremstillet af
projektdeltagerne.
Metoden til parameteridentifikation afprøves på det simulerede system, hvor meto-
denspræstationevalueres,førmetodenimplementerespålaboratorieopstillingen. Ved
implementering i laboratoriet benyttes det egetudviklede hardware, sammen med en
indlejret enhed fra National Instruments, til afvikling af det tilhørende software. Det
tilhørende software er udviklet til, at kunne fungere, som en stand alone løsning, hvor
programmet kan initialiseres og resultater aflæses uden brug af eksternt udstyr.
Afslutningsvis undersøges der, hvilke indstillinger af metoden der medfører en effektiv
og præcis identifikation af laboratorieopstillings parametre. Der undersøges hvilken
indflydelse forskellige indstillinger har på eksekveringstid og resultat af optimeringsal-
goritmen.
Sprog | Engelsk |
---|---|
Udgivelsesdato | 3 jun. 2015 |
Antal sider | 156 |
Emneord | Parameter, Identification, Optimization, Particle, Swarm, Power, Spectral, Density, Cross, Delta, Sigma, Modulator, PSD, CPSD, Admittance, LC-filter, PMSM, VLT, Inverter, Danfoss, Automatic, PCB, Noise, Transmissionline, FPGA, sbRIO, development |
---|
Billeder
