Transcript Ekspertni sistem za načrtovanje vodenja in regulacije

http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Ekspertni sistem za
načrtovanje vodenja in
regulacije asinhronskega
motorja
Avtorja:
doc. dr. Miran Rodič, Inštitut za robotiko, UM-FERI
dr. Franci Lahajnar, Kolektor Group
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Vsebina
• Predstavitev projekta
• Zahteve
• Strojna oprema
– Procesorska karta
– Pretvornik
• Programska oprema
– Celoštevilčna aritmetika
– Režimi delovanja
• Prehajanja
• Opis
– Prekinitvene rutine
• Uporaba v industrijski praksi
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Predstavitev projekta
• Cilj projekta
– Razviti ekspertni sistem za načrtovanje vodenja in regulacij
asinhronskega električnega motorja
• Opravljeno delo:
–
–
–
–
Razvoj strojne opreme
Razvoj programske opreme za vodenje asinhronskega motorja
Integracija programske opreme
Analize delovanja postopkov vodenja
• Projekt financiran od ARRS:
– L2-6164 (C)
Ekspertni sistem za načrtovanje, vodenje in
regulacijo asihronskega motorja (aplikativni raziskovalni projekt)
– Vodja: Franc Lahajnar
– Trajanje: 1.2.2004 - 30.1.2007
– Obseg: 0,14 FTE
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Zahteve
• Izvesti povezavo strojne in programske opreme
• Zasnova programa
– Režimi delovanja
– Prekinitvene rutine
• Uporaba DSP mikrokrmilnikov Freescale:
– DSP56F807
– Celoštevilčna aritmetika
– Ustrezno kodiranje
• Možno prehajanje na druge tipe procesorjev
– Programski jezik C
– Modularnost
– Prenosljivost
• Vključiti algoritme vodenja AM:
– Skalarna metoda (U/f)
– Vektorsko vodenje
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Strojna oprema
Pretvornik – razvit na UM-FERI
Procesorska karta – razvita v Kolektor Group
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Programska oprema
• Stanja
– Diagram prehajanja stanj
• Prekinitve (dogodkovno voden sistem)
– Procesi
– Nivoji prioritet
• Celoštevilčna aritmetika
– Razlogi za uporabo
– Optimizacija razmerja loćljivost/obseg
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Stanja sistema
R eset
F a u lt
F a u ltC lea r
IN IT
In itD o n e
C h g C n trl
Run
STO P
RUN
S to p
F a u lt
F a u lt
FAULT
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Prekinitvene rutine
Reset
Quadtimer Interrupt
GPIO Interrupt
Nastavitve
parametrov
pogona
GPIO prekinitvena
rutina
Zaključena
Inicializacija
aplikacije in
DSP
Neskončna
zanka v
ozadju
SCI Interrupt
SCI prekinitvena
rutina
Zaključena
PWM Fault Interrupt
Quadtimer
prekinitvena rutina
Zaključena
PWM Fault
prekinitvena rutina
Zaključena
ADC End of Scan
Interrupt (sinhroniziran s
PWM)
ADC End of Scan
prekinitvena rutina
Zaključena
AD High/Low Limit Interrupt
AD High/Low Limit
prekinitvena rutina
Zaključena
Level 1: IRQA, IRQB
Level 0:
Priority 6: PWM Fault, AD High/Low Limit
Priority 4: ADC End of Scan
Priority 3: Quadtimer
Priority 1: SCI, GPIO
Srečanje SATENA, 20.2.2013
IRQA Interrupt
IRQA
prekinitvena
rutina
Zaključena
IRQB Interrupt
IRQB
prekinitvena
rutina
Zaključena
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Celoštevilčna aritmetika
• Uporabljeno več motorjev z različnimi
parametri
• Čim bolj ugodna kombinacija
obseg/ločljivost
• Algoritmi naj omogočajo preprosto
prehajanje in avtomatsko normiranje
• Realni čas – čim manj časovno zahtevni
algoritem
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Primeri parametrov motorjev
• Asinhronski motor
Motor Rs
št.
1
6,8 
2
3
4
Rr
Ls
Lm
p
5,28 
0,27 H
0,25 H
4
0,15 H
37,3 mH
0,995 mH
0,17 H
2
36 mH
2
0,96 mH 4
1,9 
1,8 
0,2417 
0,2849 
0,003475  0,0034 
Parametri se zelo razlikujejo – glede na moč motorja, …
Napetost na sponkah je v vseh podanih primerih 380V!
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Primer izvedbe
avtomatskega skaliranja
• Algoritem:
d ra  k  
R r Lm T
Lr
i sa  k  
TR r
 ra  k  1   Tp  r  k  rb  k  1 
Lr
• Algoritem v celoštevilčni aritmetiki:
 ra  q   k r ra V s  ,  rb  q   k r rb V s  ,
2 d  ra  k   q  
16
a1 i sa  k   q 
2
p1  16
a1 

i sa  q   k i i sa  A  ,
a 2 ra  k  1   q 
2
p 2  16
k r T R r L m
ki
Lr
p
2 1,
 r  q   k   r  ra d / s 
a 3 r  k   q 
2

16
2
a2 
Srečanje SATENA, 20.2.2013
T Rr
Lr
2
p2
,
 rb  k  1   q 
p 3  16
a3 
Tp
k
2
p 3  16
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Nastavitev vrednosti
parametrov
• Nastavitev senzorjev:
i sa  q   k i i sa  A  ,
i sb  q   k i i sb  A  ,
 r  q   k   r  ra d / s 
• Spremenljivke v algoritmu:
 ra  q   k r ra V s  ,  rb  q   k r rb V s 
• Parametri:
a1 
k r T R r L m
ki
Lr
p
2 1,
a2 
T Rr
2
p2
Lr
,
a3 
Tp
2
p 3  16
k
• Cilj: nastaviti parametre čim bliže vrednosti
(in ne več kot) 215.
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Izračun parametrov
• Samodejno (v fazi inicializacije):
p1 
 2 15 k L
i r
log 
 k TR L
 r r m
log  2 
a1 
• Cilj:




,
k r T R r L m
ki
Lr
p2 
p1
2 ,
 2 15 L r 
log 

T
R
r 

log  2 
a2 
T Rr
2
p3 
,
p2
,
Lr
– optimum razmerja ločljivost/obseg
– Samodejno delovanje!
Srečanje SATENA, 20.2.2013
 k 
log 

2
T
p


a3 
log  2 
Tp
k
2
p 3  16
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Uporaba rezultatov v
industrijski praksi
• Prenos osnovnih znanj vodenja brezkrtačnih
motorjev v podjetje
• Pospešeno osvajanje za podjetje novih
tehnologij
• Osnova za razvoj produktov za trg
–
–
–
–
–
Atex črpalka (industrijska aplikacija)
Cirkulacijska črpalka (izdelki za dom)
Črpalka za vozila (traktorji, valjarji..)
V kolesni pogon (mala električna vozila)
Električni pogon čolna
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Sodelovanje
• Projektu je sledilo kontinuirano
sodelovanje
– mentorstvo doktorskemu študentu
– ESRR
– KC SURE
– Raziskovalni vavčer
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
KC-SURE
• Kompetenčni center “Napredni sistemi
učinkovite rabe električne energije”
Srečanje SATENA, 20.2.2013
http://www.ro.feri.uni-mb.si
http://www.kolektor.com/
Zaključek
• Koristi projekta:
– Vzpostavljeno aktivno sodelovanje
– Šolanje osebja
– Praktični rezultati
– Boljše razumevanje med akademskim in
industrijskim okoljem
• Prenos znanja v obe smeri:
– Univerza  Industrija
Srečanje SATENA, 20.2.2013