Problemy optymalizacji układów napędowych w automatyce i robotyce

mgr inż. Marek Długosz

Promotor: Prof. dr hab. inż. Wojciech Mitkowski

W rozprawie doktorskiej rozważano układy sterowania napędami elektrycznymi w układach automatyki. Jako rodzaj napędy rozważany był silnik prądu stałego. Zaprezentowano i opisano modele matematyczne różnego typów silników elektrycznych prądu stałego. Wskazano na możliwe uproszczenia jakie mogą być zastosowane przy modelowaniu tego typu obiektów. W rozprawie zaprezentowano także model matematyczne silnika z wirnikiem kulistym. Silniki takie w obecnej chwili jeszcze pozostają w fazie prototypów, ale znajomość ich modeli umożliwia już opracowywanie specjalnych układów sterowania nimi.

W rozprawie opisano klasyczne algorytmy sterowania (PID, LQR, deadbeat, czasoptymalny), które następnie były wykorzystywane do sterowania silnikami prądu stałego. Zaprezentowano sposób doboru parametry regulatora PID przy wykorzystaniu specjalnego oprogramowania. Część z regulatorów wymaga znajomości całego wektora stanu, dlatego też w rozprawie opisano podstawowe typy obserwatorów. Zamieszczono ich opis a także symulacje działania. W rozprawie zaproponowano wykorzystanie dwóch obserwatorów zredukowanych do odtwarzania sygnału prędkości i momentu obciążenia silnika mierząc tylko prąd obwodu twornika i napięcie sterowania. W rozprawie opisano sposób wykorzystania komputerów w układach automatyki sterujących silnikami prądu stałego.

Część eksperymentów numerycznych była testowana na dwóch stanowiskach laboratoryjnych. Jedno stanowisko zawierało mały silnik prądu stałego natomiast drugie silnik prądu stałego o mocy 11kW sterowany PWM-em. Obydwa silniki opisywane są tymi samymi równaniami różniczkowymi, jednak różnica rozmiarów powoduje odmienny sposób sterowania nimi. Wykorzystanie komputerów w systemach sterowania umożliwiło bezpieczne i efektywnie sterowania obydwoma napędami. W komputerze sterującym można było także implementować bardziej zaawansowane struktury sterowania.

Pełna wersja autoreferatu autoreferat.pdf

1. Baranowski, J., Długosz, M. i Mitkowski, W. (2008), Remarks about dc motor control, Archives of Control Sciences 18(3), 289–322.
2. Długosz, M. (2003), Budowa i zastosowanie silników liniowych, in ‘W Materiały V Międzynarodowych Warsztatów Doktoranckich OWD’, Vol. 5, Polskie Towarzystwo Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej, pp. 278–282.
3. Długosz, M. (2006), Stabilizacja systemów dynamicznych przy pomocy regulatorów suboptymalnych, in ‘W Materiały VIII Międzynarodowych Warsztatów Doktoranckich OWD’, Vol. 22, Polskie Towarzystwo Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej, pp. 357–361.
4. Długosz, M. (2008), Time optimac control of dc motor, in ‘W Materiały X Międzynarodowych Warsztatów Doktoranckich OWD’, Vol. 25, Polskie Towarzystwo Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej, pp. 281–286.
5. Długosz, M. i Baranowski, J. (2008), Sterowanie czasooptymalne silnikiem obcowzbudnym prądu stałego, in ‘Problemy Współczesnej Nauki. Sterowanie i Automatyzacja’, pp. 87–96.
6. Długosz, M. i Mitkowski, W. (2006), Komputerowe sterowanie minimalno-energetyczne, in ‘IC – SPETO 2006 : XXIX Międzynarodowa Konferencja z Podstaw elektrotechniki i teorii obwodów’, pp. 365–368.
7. Długosz, M. i Mitkowski, W. (2007), Stabilisation of dc motor using lq and deadbeat controllers, in ‘IC – SPETO 2007 : XXX Międzynarodowa Konferencja z Podstaw Elektrotechniki i Teorii Obwodów’, pp. 157–158.
8. Długosz, M. i Mitkowski, W. (2008), Adaptive lqr controller for angular velocity stabilisation in series dc motor, in ‘IC – SPETO 2008 : XXXI międzynarodowa konferencja z Podstaw Elektrotechniki i Teorii Obwodów’, pp. 7–8.