.

Głównym celem naukowym projektu jest opracowanie i przetestowanie metod wykrywania i lokalizacji zwarć zwojowych w stojanie we wstępnej ich fazie powstawania w silnikach zasilanych z sieci i pracujących w napędach przekształtnikowych. Zostaną przetestowane różne sygnały diagnostyczne i ocenione pod kątem ich przydatności do detekcji wczesnej fazy uszkodzeń uzwojenia stojana. Szczególna uwaga zostanie zwrócona na wykrywanie zwarć w przypadku pracy silnika w zamkniętym układzie wektorowego sterowania (np. układy DTC i DFOC). Zostaną przeprowadzone badania porównawcze symulacyjne i eksperymentalne wybranych metod detekcji uszkodzeń uzwojeń stojana. Badania laboratoryjne zostaną wykonane na obiekcie rzeczywistym z zamodelowanymi fizycznie uszkodzeniami uzwojeń stojana. Dodatkowym elementem badań będzie opracowanie neuronowych i neuronowo-rozmytych detektorów zwarć zwojowych. Do budowy detektora zostaną wykorzystane informacje z analiz sygnałów diagnostycznych otrzymanych z badań symulacyjnych i laboratoryjnych. Zadaniem neuronowego detektora będzie możliwie wczesne wykrywanie zwarć zwojowych oraz ocena ich poziomu. Istotnym celem badawczym projektu jest opracowanie i wdrożenie systemu diagnostycznego do monitorowania stanu uzwojeń stojana. Docelowy system zostanie przetestowany w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych.

Celem projektu jest analiza zjawisk elektromagnetycznych i cieplnych występujących w uszkodzonych silnikach indukcyjnych zasilanych napięciem sinusoidalnym i odkształconym oraz opracowanie metod obliczeniowego i pomiarowego wyznaczania różnych uszkodzeń silników indukcyjnych.

Problem tłumienia drgań skrętnych cieszy się stałym zainteresowaniem ośrodków naukowych i przedsiębiorstw komercyjnych w kraju i na świecie. Jako struktury sterowania umożliwiające efektywne tłumienie drgań skrętnych wymienia się kaskadową strukturę regulacji z dodatkowymi sprzężeniami zwrotnymi, strukturę sterowania z regulatorem stanu czy też struktury sterownia ślizgowego czy adaptacyjnego. Należy jednak podkreślić że nie umożliwiają one wprowadzenia ograniczenia wewnętrznych zmiennych stanu układu dwumasowego. Dodatkowo zmiana parametrów napędu w czasie pracy powoduje pogorszenie właściwości obiektu w strukturach o stałych parametrach. W literaturze światowej istnieją nieliczne pozycje omawiające zastosowanie sterowania predykcyjnego w układzie napędowym z połączeniem sprężystym. Związane jest to z bardzo dużą złożonością obliczeniową całego algorytmu sterowania. Jednakże postęp w dziedzinie techniki mikroprocesorowej powodujący wzrost wydajności obliczeniowej nowoczesnych procesorów sygnałowych umożliwia już praktyczne zrealizowanie algorytmów sterowania predykcyjnego.

Celem projektu jest opracowanie oraz przetestowanie w badaniach symulacyjnych i eksperymentalnych, uniwersalnego estymatora strumienia i prędkości kątowej, który będzie jednocześnie prosty w parametryzacji i znacznie mniej wrażliwy na zmiany parametrów schematu zastępczego silnika indukcyjnego niż znane estymatory spotykane w literaturze, w całym zakresie zmian prędkości napędu, od prędkości bliskich zeru do wartości przekraczających prędkość znamionową. Estymator ten będzie charakteryzować się również małą wrażliwością na wahania (lub zaniki) napięcia zasilania oraz na zmiany parametrów układu sterowania. Punktem wyjścia do badań będzie opracowany w ośrodku wrocławskim estymator typu MRAS (tzw. MRASCC), charakteryzujący się dużym zapasem stabilności i małą wrażliwością na zmiany parametrów silnika w zakresie od prędkości znamionowej do prędkości bardzo niskich. Estymator ten zostanie udoskonalony i przetestowany w różnych warunkach pracy, w tym w zakresie osłabiania pola. Planuje się również poszukiwanie nowych koncepcji uniwersalnych estymatorów strumienia i prędkości wirnika, spełniających powyższe warunki.

Celem projektu było zaprojektowanie i zbudowanie systemu służącego do sterowania, monitoringu i diagnostyki obiektów gospodarki wodno-ściekowej ze szczególnym uwzględnieniem ich urządzeń napędowych. Ze względu na obszerność tematu obejmującego w sobie monitorowanie części biologiczno-chemicznej oczyszczalni ścieków, poziomu przepływu ścieków w poszczególnych częściach oczyszczalni, poziomu ciśnień w poszczególnych stacjach przepompowni, zagadnień monitorowania całości procesów i diagnostyki stanu urządzeń napędowych, realizacja projektu miała charakter modułowy. Wykonany system składa się z modułów łączonych w całość w zależności od konkretnego zapotrzebowania (w zależności od struktury przedsiębiorstwa wodno-ściekowego). System składa się ze stacji głównej (komputer wraz z oprogramowaniem realizującym algorytmy przetwarzania sygnałów dla celów sterowania, monitorowania i diagnostyki, urządzenia nadawczo-odbiorcze, karty pomiarowe oraz czujniki drgań mechanicznych, prądów i napięć najważniejszych silników napędowych obiektu, czujniki parametrów biologiczno-chemicznych ścieków, czujniki ciśnień, sterowniki PLC), stacji lokalnych i retransmisyjnych (czujniki pomiarowe, urządzenia nadawczo-odbiorcze). Dodatkowo zbudowane zostało przenośne urządzenie umożliwiające diagnozowanie układów napędowych zlokalizowanych w dowolnych miejscach (analizator stanu układów napędowych).

Wynikiem końcowym projektu jest dokumentacja techniczna oraz prototyp nowego systemu służącego do sterowania, monitorowania i diagnostyki procesów obiektów gospodarki wodno-ściekowej za szczególnym uwzględnieniem urządzeń napędowych. W dokumentacji technicznej zostały zawarte rozmyte modele procesów biologiczno-chemicznych oczyszczalni ścieków, algorytmy ich sterowania oparte na metodach sztucznej inteligencji, nowoczesne algorytmy diagnozowania układów napędowych oparte na nowoczesnej analizie sygnałów (przekształcenie Fouriera, przekształcenie falkowe). Częścią integralną dokumentacji jest opis zastosowanych w systemie metod modelowania i sterowania rozmytego, algorytmów diagnostycznych oraz nowoczesnych metod wnioskowania i przewidywania awarii opartych na metodach sztucznej inteligencji (sieci neuronowe, logika rozmyta).

Celem projektu było opracowanie i przetestowanie (w badaniach symulacyjnych i eksperymentalnych) różnych rodzajów estymatorów niedostępnych zmiennych stanu nieliniowego wielokrotnie sprzężonego układu napędowego, współpracującego z adaptacyjną strukturą sterowania napędu wielomasowego. W projekcie badawczym zostały zaprojektowane algorytmiczne estymatory niedostępnych zmiennych stanu i parametrów układu napędowego z połączeniem sprężystym, takie jak nieliniowy rozszerzony obserwator Luenbergera i nieliniowy rozszerzony filtr Kalmana, z adaptacją wybranych współczynników oraz estymatory neuronowe, wykorzystujące różne struktury sieci neuronowych. W podsumowaniu badań oceniono poprawność pracy zamkniętej adaptacyjnej struktury sterowania, o mechanizmie adaptacji bazującym na informacji o bieżących wartościach zmiennych stanu i parametrów, współpracującej z opracowanymi estymatorami stanu.     

Celem naukowym projektu była synteza układów sterowania elektrycznych zespołów napędowych z silnikiem indukcyjnym klatkowym zasilanych z przekształtników częstotliwości zapewniających w stanach dynamicznych ekstremalną (graniczną maksymalną) wartość momentu elektromagnetycznego.

Przeprowadzono analizę układu sterowania przestrzennym wektorem prądu wyjściowego trójpoziomowego falownika napięcia z modulacją. Do syntezy układu sterowania chwilowymi wartościami prądu zastosowano podstawy teorii sterowania ślizgowego. Przekształtnik zastosowano do sterowania ekstremalnego momentem elektromagnetycznym klatkowego silnika indukcyjnego. Przedstawiono układ regulacji momentu elektromagnetycznego silnika indukcyjnego. Przeprowadzono syntezę regulatora momentu za pomocą metody lokalizacji. Wykonano badania symulacyjne i laboratoryjne układu dla silnika o mocy znamionowej 2,2kW. Przeprowadzono analizę parametrów energetycznych układu napędowego prądu przemiennego z silnikiem indukcyjnym klatkowym pracującym w trybie ekstremalnych przeciążeń momentem elektromagnetycznym. Wyznaczono podstawowe straty statyczne i dynamiczne w falowniku trójpoziomowym i silniku indukcyjnym pracujących w trybie ekstremalnych przeciążeń dynamicznych.

Wymiernym efektem projektu jest opracowanie układów sterowania częstotliwościowego silnikami indukcyjnymi posiadających zdecydowanie polepszone właściwości dynamiczne w porównaniu ze standardowymi układami napędowymi. Możliwe zastosowania: elektryczne układy napędowe w transporcie, robotyce, układy o wymaganiach specjalnych.

Celem naukowym projektu było opracowanie metody wnioskowania diagnostycznego o stanie technicznym przekształtnikowego układu napędowego z silnikiem indukcyjnym. W szczególności przedmiotem badań były metody bezinwazyjnego wykrywania uszkodzeń uzwojeń stojana, wirnika i łożysk za pomocą detektorów neuronowych i neurorozmytych o różnych strukturach, na podstawie pomiaru i analizy sygnałów prądu, strumienia poosiowego, mocy elektrycznej, momentu i drgań mechanicznych. Zbadane zostały możliwości zastosowania analiz: krótkoczasowej, falkowej i wyższych rzędów.

Celem projektu było opracowanie i przetestowanie (w badaniach symulacyjnych i eksperymentalnych) algorytmów rozmytego sterowania adaptacyjnego napędem indukcyjnym układu wykonawczego z elastycznym wałem, w warunkach nieokreśloności i zmienności parametrów obiektu oraz zakłóceń pomiarowych.

Przeprowadzono analizę modeli matematycznych układów napędowych z połączeniem elastycznym, z uwzględnieniem nieliniowości pochodzenia mechanicznego (nieliniowe tarcie, histereza mechaniczna, luzy) i wybrano model matematyczny do syntezy struktur sterowania oraz badań symulacyjnych. Podano metodykę projektowania klasycznych struktur sterowania napędów dwumasowych z regulatorami liniowymi. Przeanalizowano struktury z regulatorem PI i jednym oraz dwoma dodatkowymi sprzężeniami zwrotnymi, z regulatorem PID bez dodatkowych sprzężeń zwrotnych oraz układ z regulatorem stanu. Wykazano, że układy te mają dobre właściwości tłumienia drgań skrętnych, pod warunkiem dokładnej znajomości parametrów obiektu. W przypadku ograniczonych zakłóceń parametrycznych lub pomiarowych lepsze rezultaty dają struktury z regulatorem rozmytym i ślizgowym. Przeprowadzono bardzo obszerne badania dla struktur sterowania adaptacyjnego napędem jedno i dwumasowym, które charakteryzują się znacznie lepszymi właściwościami śledzenia zadanych trajektorii prędkości.

Zaproponowano i przetestowano w badaniach symulacyjnych i eksperymentalnych pięć koncepcji układów adaptacyjnych dla napędu jednomasowego, a mianowicie: układ z przełączalnymi regulatorami - rozmytym i ślizgowym, strukturę adaptacyjną z modelem odniesienia i rozmytym regulatorem typu PI, strukturę adaptacyjną z modelem odniesienia i rozmytym regulatorem typu PI oraz kompensatorem rozmytym, strukturę adaptacyjną z modelem odniesienia i rozmytym regulatorem ślizgowym, oraz strukturę adaptacyjną z modelem odniesienia, z rozmytym regulatorem ślizgowym i kompensatorem ślizgowym. Efektywność wybranych struktur, optymalnych pod względem uzyskiwanych właściwości dynamicznych oraz prostoty projektowania i realizacji technicznej, przeanalizowano następnie dla napędu dwumasowego, przy wykorzystaniu jedynie podstawowego sprzężenia zwrotnego od łatwomierzalnej prędkości silnika napędowego.

Wszystkie badania teoretyczne i symulacyjne zostały zweryfikowane na stanowiskach laboratoryjnych, z silnikiem prądu stałego oraz z silnikiem indukcyjnym sterowanym wektorowo. Opracowano i przetestowano w badaniach symulacyjnych i eksperymentalnych graficzne i parametryczne metody identyfikacji parametrów mechanicznych układów jedno i wielomasowych oraz zaprojektowano i zweryfikowano na stanowisku badawczym dwa estymatory mechanicznych zmiennych stanu (prędkości maszyny roboczej, momentu skrętnego i momentu obciążenia), a mianowicie obserwator Luenbergera i filtr Kalmana. Dokonano oceny jakości odtwarzania zmiennych stanu napędu w obecności zakłóceń parametrycznych i pomiarowych. Przeprowadzono też wstępne badania związane z zastosowaniem sieci neuronowych do estymacji mechanicznych zmiennych stanu układu wielomasowego, które będą kontynuowane w przyszłości. Opracowano również metodę odtwarzania strumienia, stałej czasowej i prędkości kątowej wirnika przy wykorzystaniu liniowego oraz nieliniowego filtru Kalmana (przedstawioną w rozprawie doktorskiej realizatora projektu). Filtr ten był stosowany w strukturze polowo-zorientowanego sterowania silnikiem indukcyjnym, pełniącym rolę silnika napędowego w układzie dwumasowym. Zaprojektowano i wykonano indukcyjny napęd trójmasowy, z silnikiem indukcyjnym zasilanym z falownika napięcia z modulację wektorową (falownik wykonano na potrzeby projektu), pracującym w strukturze bezpośredniego sterowania polowo-zorientowanego, który był wykorzystywany jako podstawowy układ badawczy przeznaczony do weryfikacji struktur adaptacyjnego sterowania rozmytego.

Celem projektu było udoskonalenie konstrukcji i opracowanie metody projektowania przebudowy silników synchronicznych na silniki dwubiegowe o ułamkowym stosunku prędkości i przełączalnych uzwojeniach stojana i wirnika. Wykonane dotychczas silniki tego rodzaju, pracujące w kopalniach rud miedzi i kopalniach węglowych, spełniają założone wymagania, ale niektóre z ich cech eksploatacyjnych są nieco gorsze niż silników jednobiegowych. Zbadanie tych różnic, zidentyfikowanie ich źródeł i uwzględnienie ich w opracowanej metodzie projektowania to kolejne zadania projektu.

Badania obejmowały:
- rejestrację zużycia energii przez silniki dwubiegowe,
- rejestracje rozruchów,
- wyznaczenie zakresu kompensacji,
- analizę kształtu prądu i napięcia,
- pomiary drgań stojaków łożyskowych i kadłubów silników,
- wyznaczenie rozkładu temperatur.

Wnioski wynikające z badań wykorzystano w opracowanym algorytmie projektowania. Specyficzna metoda projektowania przebudowy silnika jednobiegowego na dwubiegowy zawiera analizy harmoniczne przepływów twornika i wzbudzenia, pola magnetycznego w szczelinie i momentu. Analizy te skojarzone z metodami projektowania przełączalnych uzwojeń wzbudzenia i twornika pozwalają modyfikować konstrukcję uzwojeń. Struktura uzwojeń (rozpiętość, zwojność, gałęzie, układ połączeń) nie powinna pozwalać na współdziałanie harmonicznych pól twornika i wzbudzenia tego samego rzędu.

Projekt dotyczy napędów bezczujnikowych z silnikiem indukcyjnym, z odtwarzaniem strumienia oraz prędkości wirnika za pomocą obserwatorów stanu lub filtru Kalmana oraz wstępną identyfikacją parametrów silnika. Celem badań w proponowanym projekcie badawczym jest:

• opracowanie skutecznych i prostych metod wstępnej identyfikacji parametrów napędu;

• opracowanie nowych struktur estymatorów strumienia i prędkości kątowej wirnika bazujących na pomiarze jedynie prądów fazowych stojana, jak najmniej wrażliwych na zmiany parametrów napędu;

• opracowanie rozszerzonych obserwatorów zmiennych stanu i filtrów Kalmana do jednoczesnej estymacji strumienia i prędkości wirnika oraz wybranych parametrów silnika w jednym spójnym algorytmie działającym on-line, w trakcie normalnej pracy napędu;

• realizacja praktyczna proponowanych estymatorów w bezczujnikowym układzie napędowym, przy wykorzystaniu procesora sygnałowego.

Został zbudowany i jest testowany laboratoryjny układ mikroprocesorowego sterowania silnika indukcyjnego typu sensorless z procesorem sygnałowym realizującym w czasie rzeczywistym algorytmy odtwarzania zmiennych stanu oraz algorytmy identyfikacji (wstępnej i on-line) i sterowania.

Celem projektu jest opracowanie metodyki wnioskowania diagnostycznego o stanie uzwojeń stojana i wirnika oraz łożysk silnika indukcyjnego klatkowego za pomocą sieci neuronowych o różnych strukturach, na podstawie prostego pomiaru prądu stojana i/lub drgań mechanicznych w trakcie normalnej pracy układu napędowego, jak również realizacja laboratoryjnego układu diagnostycznego przy wykorzystaniu systemu komputerowego z procesorem sygnałowym.

Zakres badań w proponowanym projekcie badawczym obejmuje: opracowanie nowych struktur neuronowych detektorów uszkodzeń stojana, wirnika i łożysk na podstawie analizy różnych sygnałów pomiarowych; opracowanie skutecznych metod wstępnego przetwarzania sygnałów wejściowych sieci neuronowych, w tym transformacji FFT oraz transformacji falkowej; porównanie skuteczności neuronowych detektorów stojana, wirnika oraz łożysk, bazujących na sieciach jednokierunkowych, sieciach samoorganizujących (Kohonena), sieciach rozmytych oraz sieciach hybrydowych; realizację praktyczną proponowanych neuronowych detektorów uszkodzeń dla układu napędowego.

W ramach realizacji projektu został opracowany i zrealizowany komputerowy system pomiarowo-diagnostyczny zapewniający zbieranie i odpowiednią obróbkę sygnałów pomiarowych jak również automatyczne trenowanie sieci neuronowych. Przy wykorzystaniu procesora sygnałowego zostały zrealizowane neuronowe detektory uszkodzeń silnika pracujące on-line.

Praca dotyczy zastosowania kompozytów magnetyczno-przewodzących (infiltrowanych) do magnetowodów wirników silników asynchronicznych małej mocy. Opracowano technologię tych kompozytów oraz przeanalizowano infiltraty przewodzące o odpowiednio niskiej temperaturze topnienia, nadające się do infiltracji grawitacyjnej zewnętrznej i wewnętrznej. Opracowano modele porównawczego silnika klatkowego i silnika indukcyjnego z dwuwarstwowym wirnikiem z materiałów dielektromagnetycznych (w tym infiltrowanych), uwzględniające parametry elektryczne układu zasilania i połączeń czołowych oraz zmienność parametrów uzwojenia stojana i wirnika.

Obliczono rozkłady zmiennych w czasie pól magnetycznych dla różnych stanów pracy maszyn, wyznaczono straty mocy we wszystkich elementach badanych silników, co pozwoliło określić ich sprawność i współczynnik mocy. Wyniki te skonfrontowano z wynikami pomiarów.

Badania modeli i obliczenia elektromagnetyczne zamknięto analizą parametryczną silnika z wirnikiem dielektromagnetycznym, w której zbadano wpływ własności magnetycznych materiałów dielektromagnetycznych i wymiarów warstw wirnika na sprawność, moc i moment badanych silników. Wytyczono dalsze kierunki badań prowadzące do zwiększenia konkurencyjności silników z zaproponowanymi magnetowodami magnetyczno-przewodzącymi w stosunku do obecnie stosowanych magnetowodów blachowych.

 

Nadrzędnym celem wykonanego projektu było opracowanie teoretyczne oraz testy na obiekcie rzeczywistym neuronowych estymatorów zmiennych stanu napędu dwumasowego. Ponadto wykonano projekt struktury sterowania prędkością elektrycznego napędu dwumasowego wykorzystującego regulator stanu oraz estymatory neuronowe. W trakcie realizacji powyższych zadań szczególnie uwzględnione zostały zagadnienia: optymalizacji właściwości generalizacyjnych sieci neuronowych (zastosowano metody: Optimal Brain Damage oraz regularyzację Bayesowską.) oraz wprowadzania uproszczeń stosowanych w pętli kształtowania momentu elektromagnetycznego napędu.

Głównymi celami projektu były: budowa stanowiska pomiarowego oraz określenie parametrów najlepszych rezystorów wysokoomowych (kompozytowych oraz tlenkowych typu MOX) stosowanych we współczesnej aparaturze elektrometrycznej. W ramach projektu zestawiono stanowisko do badań rezystorów wysokoomowych, opracowano metodykę oraz przebadano główne elementy składowe stanowiska pomiarowego. Wykonano badania stałości napięciowej precyzyjnych rezystorów wysokoomowych. Dokonano weryfikacji wyników pomiarów z zastosowaniem najlepszych przyrządów pomiarowych oraz różnych metod pomiarowych (CVM, CCM).