Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
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
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:
| Stránka vytvořena 16.3.2025 17:50:58, semestry: L/2025-6, Z,L/2024-5, Z/2025-6, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |