Popis předmětu - B3B14EPR1

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
B3B14EPR1 Elektrické pohony pro automatizaci a robotiku
Role:PV Rozsah výuky:2P+2L
Katedra:13114 Jazyk výuky:CS
Garanti:  Zakončení:Z,ZK
Přednášející:  Kreditů:6
Cvičící:  Semestr:L

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.

Obsah:

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. Nástrojem pro pochopení vlastností elektrických pohonů bude v první řadě simulační nástroj Matlab/Simulink, ve kterém budou studenti pracovat v rámci cvičení a domácí přípravy. Na laboratorních cvičeních dostanou studenti přípravky s DC motorkem a PMSM motorem + zátěží a řídicí deskou programovatelnou z prostředí Simulink. Parametry potřebné pro tvorbu modelu a návrhu řízení si budou samostatně identifikovat a poté zpětně ověřovat. Samotné modely motorů a jejich řízení pak studenti vytvoří v rámci domácí přípravy. Na cvičeních tak bude dostatek času na praktické ověřování chování pohonů a diskuzi.

Osnovy 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.

Osnovy 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

Literatura:

[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.

Požadavky:

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

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
BPKYR_2021 Před zařazením do oboru PV 4,6


Stránka vytvořena 4.2.2023 12:50:56, semestry: L/2022-3, L/2021-2, Z/2024-5, Z/2022-3, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)