Měnič se signálovým procesorem pro implementaci řídících algoritmů střídavých pohonů menších výkonů

Abstract

Pohony se střídavými motory jsou v dnešní době nedílnou součástí naší společnosti. Ruku v ruce s nárůstem popularity roste potřeba vývoje nových sofistikovanějších řídicích algoritmů, díky kterým bude možné dosáhnout vyššího výkonu a lepší účinnosti. Moderní elektrický pohon je komplexní systém, pro jehož vývoj je nutné použit širokou škálu podpůrných softwarových nástrojů pro programování, ladění a vizualizaci. Cílem této diplomové práce je navrhnout prototyp elektrického pohonu, který bude schopen řídit různé střídavé stroje nízkého výkonu. Pohon je doplněn o aplikaci vyvinutou v prostředí MATLAB pro monitorování a vizualizaci řídicích veličin. Společně vytváří univerzální nástroj, který v budoucnu může usnadnit vývoj složitých algoritmů pro řízení pohonů. S cílem otestovat funkčnost navrženého řešení, je do signálového procesoru implementován algoritmus vektorového řízení synchronního motoru s permanentními magnety v jazyce C. Úvodní kapitoly se věnují vlastnostem a způsobu řízení synchronního stroje s permanentními magnety a dvouúrovňového napěťového střídače, který je nejběžnějším výkonovým měničem používaným v elektrických pohonech. Následné kapitoly se věnují praktické realizaci pohonu, včetně návrhu desky plošného spoje. Navržená deska galvanicky odděluje měnič od procesoru a zajišťuje přenos řídicích signálů. Zvláštní pozornost je věnována použitému mikroprocesoru, jeho periferiím, pokročilým funkcím a navržené konfiguraci. Dále je popsán vývoj monitorovací aplikace a její fungování. Závěrečná kapitola se věnuje implementaci vektorového řízení a experimentálním výsledkům.

Variable speed AC motor drives have become an integral part of our society. With ever increasing range of applications, engineers are pressured to develop novel more sophisticated control algorithms to achieve better performance and efficiency. Over the years, however, motor drives have become increasingly complex systems. Furthermore, extensive supporting software tools for debugging, programming and visualization are indispensable during development. This thesis sets out to create a prototype of a motor drive platform, capable of driving different low power AC machines and accompanied by a MATLAB-based application for visualization of internal control variables. Together they should facilitate future development of complex motor control algorithms. To verify their functionality, a sensorred field-oriented control algorithm is programmed into a microprocessor in the C language. First chapters give a brief overview of permanent magnet synchronous machines and the most common type of switching converter used in variable speed motor drives — the two-level voltage-source inverter. Finally, subsequent chapters deal with the design process of the motor drive platform, including the design of a custom signal interface board. The board isolates the inverter from the microprocessor and ensures a proper transfer of digital and analog signals. Special attention is given to the used microprocessor, its peripherals, advanced features, and proposed configuration. The development process of the MATLAB-based application is described next. To close out the thesis, the implementation process of the control algorithm is described and experimental results are presented.