Elektrické pohony pro automatizaci a robotiku

Garant předmětu:

Jan Bauer

Přednášející:

Jan Bauer, Vít Hlinovský

Cvičící:

Jan Bauer, Vít Hlinovský, Ondřej Lipčák

Předmět zajišťuje:

katedra elektrických pohonů a trakce

Anotace:

Cílem předmětu je pochopit základní principy fungování točivých strojů, získat přehled o jejich vlastnostech a schopnostech, způsobech řízení včetně respektování vlivu zátěže na možnosti pohonu.

Předmět podává stručný přehled základních typů elektrických pohonů. Zabývá se pohony, které se používají jako servopohony tj. stejnosměrnými, asynchronními, synchronními s permanentními magnety a okrajově speciálními motory. V předmětu jsou rozebrány topologie napájecích elektronických měničů včetně základních modulačních strategií a strategie samotného řízení servopohonů jako je například vektorové, přímé, MTPA řízení s důrazem na dnes nejpoužívanější PMSM motory. Předmět je zaměřen nejen na pochopení fyzikální podstaty daného typu pohonu, ale i na pochopení principů činnosti dalších důležitých komponent jako senzorů, polovodičových měničů a i samotných číslicových regulátorů. Dále zahrnuje i popis interakce pohonu se setrvačnou hmotou zátěže u servomechanizmů a dalších typických druhů zátěže obecně.

Požadavky:

Aktivní účast na přednáškách a laboratorních cvičeních. Odevzdání samostatné práce v prostředí Matlab/Simulink

Osnova přednášek:

1) Elektrický pohon a jeho komponenty a metodika navrhování servopohonů, senzory a komunikační rozhraní v elektrických pohonech.

2) Přechodné děje v elektrickém pohonu, pohybové rovnice, typy zátěže, nelinearit a jejich matematický popis.

3) Základní statické a dynamické vlastnosti a požadavky na servopohony pracovních strojů, typy servomechanizmů, jednoduchá polohová smyčka. Dynamická poddajnost polohové smyčky, kritéria kvality pohonů

4) Základy teorie elektrických strojů, konstrukce, provedení

5) Stejnosměrné stroje, matematický popis, přenosová funkce, stejnosměrný motor jako servo, čtyřkvadrantový chod.

6) Měniče pro stejnosměrné servopohony 4Q usměrňovače, DC/DC měniče, přenosová funkce, způsoby spínání prvků.

7) Přechodné děje a ustálený stav asynchronního stroje, matematický popis, způsoby řízení (skalární, vektorové, přímé).

8) Konstrukce a její vliv na parametry synchronních strojů s permanentními magnety, nelinearity, matematický model.

9) Strategie řízení motorů s permanentními magnety (skalární, vektorové, přímé řízení), MTPA strategie.

10) Měniče pro střídavé napájení, strategie PWM modulace, přemodulace, obdélníkové řízení, matematické modely.

11) Nelinearity polovodičových měničů, vliv na regulační struktury, spojitý vs. diskrétní model měniče a modulace

12) Moderní strategie řízení střídavých pohonů (prediktivní, bezsenzorové).

13) Online metody určování parametrů střídavých strojů, vliv přesnosti určení parametrů na řídicí strategii

14) Krokové motory a další speciální topologie el. strojů pro pohony, vlastnosti, chování, matematický popis.

Osnova cvičení:

DC motor

1) Identifikace parametrů motoru pro simulační model v prostředí Matlab/Simulink

2) Vytvoření modelu DC motoru a zátěže v prostředí Simulinku, návrh regulační struktury na proudová/otáčková/polohová smyčka

3) Doplnění modelu o model polovodičového měniče H-Bridge s různými strategiemi spínání a reálné vlastnosti měření proudů a otáček

4) Ověření návrhu regulace na testovacím HW v laboratoři

PMSM motor

5) Identifikace parametrů motoru pro simulační model v prostředí Matlab/Simulink

6) Doplnění měniče do modelu pohonu

7 - 8) Kontrola tvorby modelu motoru a řízení v prostředí Simulinku

9 - 10) Návrh a ladění regulační struktury na proudová/otáčková/polohová smyčka

11) Ověření návrhu regulace na testovacím HW v laboratoři

12 – 13) Rezerva na praktické doladění úloh

14) Zápočet

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1] CHIASSON, John Nelson. Modeling and high performance control of electric machines. Hoboken: Wiley, 2005. IEEE Press series on power engineering. ISBN 978-0-471-72235-9.

Doporučená

[2] SUNG, Su Whan, Jietae LEE a In-Beum LEE. Process identification and PID control. New York: Wiley, 2009. ISBN 978-0-470-82412-2.

[3] POLLEFLIET, J. Power electronics. London: Academic Press, 2018. ISBN 9780128146446.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St	místnost T2:B3-259 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Dejvice Konzultackamístnost T2:H1-26 Bauer J. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice haly Laborator místnost T2:B3-258 Bauer J. 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Dejvice Konzultacka
Čt
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kybernetika a Robotika 2021 (povinně volitelný předmět)