Sprzężone modele systemów napędów elektromagnetycznych i ich wykorzystanie do celów sterowania

W pracy przedstawiono modele: matematyczny i numeryczny trójwymiarowej analizy systemów napędów elektromagnetycznych.
Zaprezentowano nowe techniki obliczania sił i momentów elektromagnetycznych, wykorzystując metodę optymalizacji budowy silnika skokowego przez sterowanie kształtem zębów statora i rotora. Zamieszczono liczne przykłady obliczeniowe, potwierdzające przydatność i prawidłowość opracowanych metod modelowania, optymalizacji i sterowania.

Streszczenie 7 Wykaz ważniejszych oznaczeń 8 1. Wstęp 9 1.1. Wprowadzenie 9 1.2. Cel i zakres pracy 10 2. Metody modelowania i analizy systemów elektromagnetycznych 13 2.1. Modele o parametrach skupionych i rozłożonych 13 2.2. Równania stanu i relacje między zmiennymi 14 2.3. Dyskretyzacja modeli 16 3. Ogólny model przestrzenny systemu elektromagnetycznego 18 3.1. Metoda A-V przestrzennej reprezentacji systemu 18 3.2. Metody wariacyjne i funkcjonał energetyczny 21 4. Sprzężone modele polowe z obwodem elektrycznym oraz ruchem mechanicznym 29 4.1. Model magnetostatyczny z obwodem elektrycznym 29 4.1.1. Wyznaczanie siły elektromotorycznej w silniku BLDC 36 4.2. Model uwzględniający zjawisko prądów wirowych 38 4.3. Nieliniowości magnetyczne i linearyzacja 40 4.4. Obliczanie sił i momentów elektromagnetycznych 45 4.4.1. Wyznaczanie sił w układzie cewka–magnes trwały 49 4.4.2. Metoda on-line z doborem optymalnej powierzchni 53 4.5. Modelowanie i predykcja ruchu mechanicznego 62 4.5.1. Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej silnika AC 68 4.5.2. Wyznaczanie strat mocy w stali i odpowiedzi skokowej silnika krokowego 71 5. Wybrane zagadnienia sterowania wykonawczymi układami elektromagnetycznymi 75 5.1. Wprowadzenie 75 5.2. Sterowanie optymalne liniowo-kwadratowe LQR z nieskończonym horyzontem czasowym 77 5.2.1. Sterowanie optymalne LQR minimalizujące energię pobieraną ze źródła silnika krokowego 82 5.3. Sterowanie optymalne liniowo-kwadratowe LQR z nieskończonym horyzontem czasowym i wyznaczaniem indukcyjności w obwodzie elektrycznym 84 5.3.1. Sterowanie optymalne LQR minimalizujące energię pobieraną ze źródła i straty mocy w obwodzie elektrycznym silnika krokowego 86 5.4. Sterowanie optymalne liniowo-kwadratowe LQR ze skończonym horyzontem czasowym 94 5.4.1. Sterowanie optymalne LQR silnika BLDC 95 5.5. Hybrydowy sterownik optymalny LQR i SMC z wykorzystaniem logiki rozmytej dla silnika BLDC 101 5.6. Sterownik MRAC-PD silnika BLDC i SRM 109 5.6.1. Zastosowanie metody MRAC-PD dla silnika BLDC 120 5.6.2. Zastosowanie metody MRAC-PD dla silnika SRM 129 5.7. Sterowanie geometrią biegunów w silniku krokowym 132 6. Uwagi końcowe i wnioski 139 Wykaz literatury 141