Students Last Name 1 [608303]

[Student’s Last Name] 1
***
Prof d r ing I. Bivol
CAAE: curs 1 rezumat
4 May 2016
Generalitati
Cursul CAAE(Conducerea avansata a actionarilor electrice) reprezinta o
continuare a cursului APR(Automatizarea proceselor rapide) din semestrul I. Cursul
APR s-a bazat pe lucrarea SAE (Sisteme de actionare electrica) iar cursul CAAE se
bazeaza pe lucrarea DCED (Digital control of electric drives -Conducerea numerica a
actionarilor electrice). Ambele lucrari sunt completate cu nenumarate documentatii de
special itate din domeniu acesibile pe internet.
Cursul este completat cu lucrarile practice de laborator. Lucrarile practice reprezinta
aplicatii la capitolele lucrarii DCED, adica programe d e conducere numerica in C++ si
Matlab pentru sisteme avansate de AE. I n cadrul proiectului de an s -a abordat un nou
domeniu de aplicare a sistemelor de actionare electrica: vehicule electrice (EV) cu
programe specifice de simulare numerica. Obiectivul principal al proiectului de an
consta in optimizarea energetica a procesu lui de conversie a energiei (managementul
energiei la un EV). In partea a doua a laboratorului s -au studiat posibilitatile actuale de
implementare a algoritmilor de conducere prin solutii open source. In partea finala a
cursului s -au predat notiuni din dom eniile:
 point to point trajectories pllaning (proiectarea traiectoriilor de miscare care trec
prin puncte predeterminate).
 Fuzzy control

[Student’s Last Name] 2
 Sisteme expert pentru AE
 Programarea unui system de conducere cu procesoarelor de semnal (DSP) a
unui servomecaism cu m otor sincron cu MP
 Retele de comunicatii pentru AE.
Rezumatul cursului _1: Conducerea numerica avansata a SAE cu motor de cc cu MP
Structura sistemului de conducere: Feedforward cu bucle de cuplu, vitaza si pozitie.

Programul de conducere este mccmp 2.m si are urmatoarele functii:
 Determinarea parametrilor modelului din datele nominale (tema de proiectare)
 Autotuning:calculul parametrilor de acord pentru regulatoarele de cuplu, viteza si
pozitie.
 Proiectarea traiectoriilor de miscare dupa criteriile: timp minim de executie sau
energie minima.
 Conducerea numerica a unei deplasari start -stop la punct final fix.
Datele initiale sunt :
un=440.; %tensiunea nominala [V]
pn=45000.; %puterea nominala [W]
etan=.88; %randamentul nomi nal
tm=.05; %constanta de timp electromecanica [s]
tn=730.; %turatia nominala [rpm]

Determinarea parametrilor modelului se face astfel :
omn=pi*tn/30.; %viteza nominala [rad/s]

[Student’s Last Name] 3
omax=2.*alf/t f ; %viteza maxima [rad/s]
in=pn/(etan*un); % 116: curentul nominal [A]

mn=pn/omn; % 588: cuplul nominal [Nm]
kfin=mn/in; %constanta 1 de flux
ra=pn*(1. -etan)/(2.*etan*in*in); % 0.227: rezistenta rotorica [ohmi]
rkfin=ra/(kfin*kfin); %constanta 2 de flux
j=tm*kfin*kfin/ra; %momentul de inertie [kg*m**2]

Tehnicile de acordare a regulatoarelor pentru procese rapide sunt diverse. In Matlab
exista o serie intreaga de abordari: in domeniul frecventa (diagramele atenuare si faza –
frecventa sau diagramele Bode), locul radacinii, in planul complex sau tehnica alocarii
polilor, tehnica dead beat, etc. Algoritmul utitilizat se bazeaza pe criteriile de optimizare
modul -simetrie in domeniul frecventa.

Detali ile privind calculul rezistentei circuitului rororic si momentului de inertie sunt date
in continuare.

[Student’s Last Name] 4
****

[Student’s Last Name] 5
Autotuning
Sructura sistemului de conducere este data in figura alaturata. Este cunoscut faptul ca
sistemele actuale de actionare au bucla de cuplu integrata in convertizorul static care
alimenteaza motorul. Aceasta bucla are unsistem propriu de acordare si nu necesita
calcule suplimentare. Din acest motiv in modelul din figura s -a reprezentat numai functia
de transfer in bucla inchisa de curent unde 𝑇∑ reprezinta suma constantelor de timp mici
din bucla de curent.
Acordarea regulatorului de viteza se realizeaza dupa urmatorul algoritm numeric
%// PARAMETRII REGULATORULUI DE VITEZA
omcr=0.5*(2*tsig+tsom); %pulsatia de taiere pentru bucl a de viteza
td1=0.;
ti1=2/omcr;
kr1=omcr*j;
kpp=kr1*(1.+t/ti1+td1/t);
kpp1=kr1*(1.+2*td1/t);
kpp2=kr1*td1/t;
Ecuatiile regulatorului numeric de viteza sunt:
eps0(3)=om(1) -omr(1)+do1(1);
dop(2)=dop(1)+kpp*eps0( 3)-kpp1*eps0(2)+kpp2*eps0(1);
if(dop(2)>=dopmax) dop(2)=dopmax; end
if(dop(2)<=dopmin) dop(2)=dopmin; end
Acordarea regulatorului de pozitie se realizeaza dupa urmatorul algoritm numeric

[Student’s Last Name] 6
%// PARAMETRII REGULATORULUI DE POZITIE

omcr1=0.25*(2*tsig+tsom); % pulsatia de taiere pentru bucla de pozitie
td=0.;
ti=2/omcr1;
kr=omcr1;
kp=kr*(1.+t/ti+td/t);

kp1=kr*(1.+2*td/t);
kp2=kr*td/t;

Ecuatiile regulatorului numeric de pozitie sunt:

eps1(3)=alma(1) -alfa(1);
do1(2)=do1(1)+kp*eps1(3) -kp1*eps1(2)+kp2*eps1(1);

[Student’s Last Name] 7
Simularea numerica a sistemului de conducere se face conform liniilor de program din
softwae -ul mccmp2.m
Intrebari de control:
 Ce marimi s -au reprezentat in diagrama Scr eenshot?
 Care este cuplul maxim?
 Care este cuplul rezistent?
 Care este criteriul de optimizare utilizat?
 Ce semnificartie are notiunea de feedforward?
 Ce comentarii se pot face cu privire la erorile de cuplu si de viteza ?

[Student’s Last Name] 8
 Ce semnificatie are pulsatia de t aiere a unei bucle si ce relatie este intre omcr al
bucle de viteza si respectiv de curent ?
 Ce semnificatie au marimile reprezentate in fig alaturata , datele initiale fiind :
un=220.; %tensiunea nominala [V]
pn=25000.; %puterea nominala [W]
etan=.84; %randamentul nominal
tm=.05; %constanta de timp electromecanica [s]
tn=3000.; %turatia nominala [rpm]
Marimile calculate sunt: in=135 A, mn =80 Nm

0 2 4 6 8 10 12-50050100150200250300350Speed, torque and position in a start-stop motion
time[sec][Nm]; [rad/s]; [rad*10]

[Student’s Last Name] 9

Rezumatul cursului 2 : Conducerea numerica avansata a SAE cu motor sincron cu
MP
Programul de conducere este sinbun2tert .m si are urmatoarele functii:
 Determinarea parametrilor modelului din datele nominale (tema de proiectare)
 Autotuning:calculul parametrilor de acord pentru regulatoarele de cuplu, viteza si
pozit ie.
 Proiectarea traiectoriilor de miscare dupa criteriile: timp minim de executie sau
energie minima.
 Conducerea numerica a unei deplasari start -stop la punct final fix.

Datele initiale sunt :

%**********INTRODUCEREA PARAMETRILOR MASINII SINCRONE********* *
pn=3372.8; pfn=.8;
eff=0.917;
un=266;
tdd=.06; tqq=.03;
omn=188.5;
telm=.04;
p=5;
Calculul parametrilor modelului:
K1=1.5*p; %coeficientul cuplului electromagnetic

[Student’s Last Name] 10
in=pn/(3.*un*pfn*eff); %in=5.76;
Rs=0.9;
mn=pn/omn; %mn=17.5;
km=mn /in;
%flux=km/K1;
flux=0.245;
j=km*km*telm/Rs;
% Ld=tdd/Rs;
% Lq=tqq/Rs;
Ld=0.0189;
Lq=0.0189;

Acordarea regulatoarelor prin autotuning
Schema de conducere pentru MS cu MP este mai laborioasa decat schema anterioara
pentru MCC cu MP: in acest caz sunt patru regulatoare.
Doua regulatoare sunt pentru marimile electromagnetice: flux si cuplu, iar doua pentru
marimile mecanice: viteza si pozitie (fig 3.6).
Modelul de condducere a MS cu MP este cu mult mai complex decat modelul MCC din
cauza ca este un model MI MO (doua marimi de intrare: componentele tensiunilor si
doua de iesire: componentele curentilor). Cele doua canale ale modelelului sunt
cuplate. In fig 3.6 se indica modul de decuplare a modelului in sensul ca o comanda pe
canalul de cuplu nu influenteaza canalul de flux.

[Student’s Last Name] 11

qqqq

Modul de functionare a sistemului se reflecta cel mai bine prin rezultate testelor

[Student’s Last Name] 12

****

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-20020406080100120140 viteza si poz. impuse
time[sec][rad/s]; [rad]
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-200-150-100-50050100150200Cuplul electromagnetic real si cel impus
time[sec][Nm]

[Student’s Last Name] 13
******
Intrebari de control:
 Ce semnificatie au marimile reprezentate in cele doua diagrame obtinute prin
rularea programului sinbunter t.m ?
 Aceiasi distanta parcursa se realizeaza prin doua traiectorii diferite de cuplu si
viteza, care sunt criteriile de proiectare a celor doua traiectorii ?
 In modelul din fig 3.6 de ce marimea impusa pentru componenta d a currentului
este nula?
 Cuplul n ominal al motorului este mn=17.5 Nm. Cum interpretati diagramele
cuplurilor dinamice?
 Care este cuplul rezistent al sistemului?
 Ce semnificatie au marimile: telm, tdd, tqq?

Documentatia completa se afla la adresele :
https://7didactic7wordpresscom.files.wordpress.c om/2016/05/electromechanical –
control -with-dc1.pdf
https://7didactic7wordpresscom.files.wordpress.com/2016/05/electromechanical –
control -with-synchronous -machine.pdf