Spis treści

Zaproszenie na obronę pracy doktorskiej

DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI, INFORMATYKI i INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE
zapraszają na
publiczną dyskusję nad rozprawą doktorską

mgr inż. Adama Pracownika
PROBLEM LQ W IMPLEMENTACJI CYFROWEGO STEROWANIA I OBSERWACJI
W NAPĘDZIE Z POŁĄCZENIEM SPRĘŻYSTYM
Termin: 28 czerwca 2017 roku o godz. 11:00
Miejsce: pawilon B-1, sala 4
Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
PROMOTOR: prof. dr hab. inż. Zbigniew Hanzelka - Akademia Górniczo-Hutnicza
PROMOTOR POMOCNICZY: dr inż. Grzegorz Sieklucki - Akademia Górniczo-Hutnicza
RECENZENCI: prof. dr hab. inż. Krzysztof Zawirski – Politechnika Poznańska
dr hab. inż. Kazimierz Jagieła, prof. ATH - Akademia Techniczno-Humanistyczna
Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać
w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30


Streszczenie

Problem LQ w implementacji cyfrowego sterowania i obserwacji w napędzie z połączeniem sprężystym

mgr inż. Adam Pracownik

Promotor: prof. dr hab. inż. Zbigniew Hanzelka
Promotor pomocniczy: dr inż. Grzegorz Sieklucki
Dyscyplina: Elektrotechnika


Zagadnienia rozważane w pracy doskonale wpisują się w tematykę układów 2. masowych. Są oparte na problemie liniowo-kwadratowym LQ w różnych strukturach regulacji i obserwacji zarówno dla układu ciągłego jak i dyskretnego.

Zwykle w literaturze główną wielkością regulowaną (wartością zadaną) jest prędkość kątowa silnika, a nie agregatu technologicznego. W rozprawie udowodniono możliwość zadawania prędkości agregatu jako bardziej naturalne podejście.

W pracy zaprezentowano obserwatory zmiennych stanu pełnego i zredukowanego rzędu (ciągłe i dyskretne) – przedstawiono optymalizację, badania symulacyjne i wdrożenie na stanowisku laboratoryjnym. Dokonano porównania obserwatora LQ
z Filtrem Kalmana ze względu na liczbę obliczeń numerycznych, a tym samym stopniem złożoności algorytmu obserwatora (duża zaleta obserwatora LQ).

Ciągły problem LQ (LQR) w syntezie regulatora zmiennych stanu dla układu 2. masowego jest znany z wcześniejszych prac naukowych. Natomiast synteza regulatora dyskretnego w oparciu o kwadratowy wskaźnik jakości nie jest znana autorowi.
Z tego powodu w rozprawie położono szczególny nacisk na syntezę regulatora dyskretnego oraz jego bezpośredniego wdrożenia (regulacja cyfrowa), gdzie zwrócono uwagę na stałoprzecinkowe kodowanie liczb. Podejście takie nie wymaga zastosowania w algorytmie sterowania żadnych dodatkowych metod rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych (metod całkowania numerycznego). Oznacza to możliwość wykorzystania zaprezentowanej metody, w powszechniejszych
i tańszych niż system dSpace, układach wbudowanych (osadzonych).

Celem rozprawy było udowodnienie następującej tezy:

W układach sterowania cyfrowego napędem z połączeniem sprężystym istnieje możliwość efektywnego zastosowania problemu LQ w syntezie dyskretnego regulatora i obserwatora prowadząca do uzyskania optymalnych przebiegów w stanach dynamicznych i wymaganej dokładności stabilizacji prędkości kątowej agregatu technologicznego.

W układach 2. masowych jako przebiegi optymalne rozumie się tłumienie oscylacji w układzie regulacji oraz ograniczenie do wartości dopuszczalnych przebiegu prądu (momentu elektromagnetycznego). Ponadto układ regulacji z obserwatorem niemierzalnych wielkości powinien posiadać odpowiednie wskaźniki odpornościowe.

W rozprawie zaprezentowana została rozbudowana analiza asymptotycznej stabilności układu obiekt + obserwator + regulator z wykorzystaniem kryterium Nyquista. Tak szczegółowe podejście potwierdzone badaniami laboratoryjnymi jest raczej niespotykane w literaturze. W pracy zamieszczono rzeczywiste przebiegi laboratoryjne łącznie z przypadkiem, kiedy układ
2. masowy z proporcjonalno-całkowym regulatorem LQ i obserwatorem pełnego rzędu był niestabilny. W celu zwiększenia odporności badanej struktury, dokonano zmian wag wskaźnika jakości oraz przeprowadzono ponowną optymalizację regulatora LQ. Uzyskane wyniki z nadmiarem spełniały wszelkie wymagania odpornościowe zamkniętego układu regulacji.

W pracy przedstawiono również konstrukcję dwóch przełączalnych regulatorów celem rozdzielenia zadania rozruchu od stabilizacji prędkości kątowej – metoda regulacji o zmiennej strukturze. Zaprezentowano strategię niezależnego doboru wskaźników jakości, która lepiej pozwala minimalizować uchyb dynamiczny przy obciążeniu silnika.


Tekst doktoratu


Pełna wersja pracy doktorskiejrozprawa_doktorska.pdf

Wybrane publikacje autora rozprawy


  1. Sieklucki, G., Pracownik, A., Orzechowski, T.: Reconstruction of the unmeasured signals in a two-mass system – filtering analysis. Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, nr 49, 2016, 99-103
  2. Pracownik A., Sieklucki G., Tondos M., Optimization of a Digital Controller and Observer in a Two-Mass System - the LQ Problem. Przegląd Elektrotechniczny, nr 2, 2012, 341-348
  3. Pracownik A., Sieklucki G., Tondos M., Cyfrowy Obserwator LQ w Układzie 2-Masowym, Elektrotechnika i Elektronika, Wydawnictwa AGH, t. 29, z. 1-2, 2010 [wyd. 2011], 14-19
  4. Sieklucki, G., Tondos, M., Pracownik, A.: Metoda regulacji o zmiennej strukturze dla dwumasowego układu napędowego. Elektrotechnika i Elektronika, t. 26, z. 1-2, Wydawnictwa AGH, 2007, 69-78
  5. Tondos, M., Sieklucki, G., Pracownik, A.: Proportional-Integral LQ Control of a Two-Mass System. 12th Int. EPE-PEMC06 Power Electronics and Motion Control Conference, 2006, 1115-1120
  6. Tondos M., Kosiorowski S., Pracownik A., DC – DC Converter with Intelligent Power Module. Safety Operation Problems of IPM, EPE-PEMC Power Electronics and Motion Control Conference, 2002, 1-7


Recenzje