Regulacijska tehnika

Opis predmeta

Linearni sistemi in njihovo opisovanje: diferencialne enačbe, prostor stanj, Laplaceova transformacija in prenosna funkcija, merjenje ali izračun frekvenčnega odziva in podajanje frekvenčne karakteristike v Bodejevem, Nicholsovem in Nyquistovem diagramu, prehodna funkcija. Ponazoritev regulacijskih sistemov z blokovnimi diagrami, prenosne funkcije odprtozančnih in zaprtozančnih sistemov za različne vplivne veličine ter njihova linearizacija in normiranje.

Stabilnost in stabilnostni kriteriji, statični in dinamični pogrešek.

Osnovni gradniki regulacijskih sistemov in njihove lastnosti.

PID regulatorji in njihova realizacija z operacijskimi ojačevalniki.

Optimiranje parametrov regulatorjev: integralski kriteriji, priporočila, potek frekvenčne karakteristike (amplitudna in fazna rezerva), metoda lege korenov.

Kaskadne regulacije, procesne regulacije.

Diskretne regulacije in Z-transformacija, digitalni regulatorji.

Nelinearnosti in njihov vpliv na obnašanje regulacijskih sistemov; analiza stabilnosti nelinearnih sistemov: fazna ravnina, opisna funkcija; odpravljanje integralskega pobega.

Osnove simulacij in uporaba sodobnih programskih orodij za simulacijo regulacijskih sistemov.

Primeri regulacij v močnostni elektrotehniki.

Cilji in kompetence

Študent bo usvojil osnovne pojme s področja regulacijske tehnike, pri čemer bo poudarek pretežno na linearnih sistemih. Spoznal bo različne metode za načrtovanje regulacijskih sistemov in se jih naučil uporabljati s sodobnimi programskimi orodji. Zavedal se bo pomanjkljivosti pri modeliranju in znal bo kritično pristopiti k izvedbi regulacijskih sistemov, zlasti na področju močnostne elektrotehnike.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja (60 ur) in laboratorijske vaje (30 ur); opcija: projektno delo na nalogah, ki potekajo v Laboratoriju za regulacijsko tehniko in močnostno elektroniko.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Študent bo razumel osnovne pojme s področja regulacijske tehnike in spoznal različne načine za opisovanje električnih in mehanskih sistemov.

Uporaba:

Študent bo samostojno zasnoval in optimiral preprostejše regulacijske sisteme na področju močnostne elektrotehnike, pri čemer bo po tehtni presoji izbral eno izmed predstavljenih metod.

Refleksija:

Študent se bo zavedal prednosti in pomanjkljivosti posameznih pristopov k reševanju regulacijskih problemov ter nevarnosti za neučinkovito regulacijo, ki lahko izvirajo iz njih.

Prenosljive spretnosti:

Spretnosti, pridobljene pri tem predmetu, bodo podlaga za poglobljen študij regulacij pri drugih predmetih iz energetike, elektromotorskih pogonov in elektriških tehnoloških procesov. Študent bo tako znanja tega predmeta lahko nadgradil in uporabil za realizacijo zahtevnejših regulacijskih sistemov z najsodobnejšimi tehnološkimi rešitvami. Poleg regulacijskih sistemov v tehniki in naravi bo študent ovrednotil delovanje povratnozančnih sistemov v družbi oziroma njihovo nedelovanje v primeru slabega načrtovanja.

Reference nosilca

David Nedeljković:

1.  KONTARČEK, Andraž, BAJEC, Primož, NEMEC, Mitja, AMBROŽIČ, Vanja, NEDELJKOVIĆ, David. Cost-effective three-phase PMSM drive tolerant to open-phase fault. IEEE transactions on industrial electronics, ISSN 0278-0046. [Print ed.], Nov. 2015, vol. 62, no. 11, str. 6708-6718.

2.  SLADIĆ, Saša, SKOK, Srđan, NEDELJKOVIĆ, David. Efficiency considerations and application limits of single-phase active power filter with converters for photoenergy applications. International journal of photoenergy, 2011, vol. 2011, str. 1-8.

3.  DROBNIČ, Klemen, NEMEC, Mitja, NEDELJKOVIĆ, David, AMBROŽIČ, Vanja. Predictive direct control applied to AC drives and active power filter. IEEE trans. ind. electron. (1982. Print). [Print ed.], Jun. 2009, vol. 56, no. 6, str. 1884-1893.

4.  AMBROŽIČ, Vanja, FIŠER, Rastko, NEDELJKOVIĆ, David. Direct current control – a new current regulation principle. IEEE trans. power electron., jan. 2003, vol. 18, no. 1, str. 495-503.

5.  NEDELJKOVIĆ, David, NASTRAN, Janez, VONČINA, Danijel, AMBROŽIČ, Vanja. Synchronization of active power filter current reference to the network. IEEE trans. ind. electron. (1982. Print). [Print ed.], 1999, vol. 46, no. 2, str. 333-339.

Vanja Ambrožič:

1.  NEMEC, Mitja, DROBNIČ, Klemen, NEDELJKOVIĆ, David, FIŠER, Rastko, AMBROŽIČ, Vanja. Detection of broken bars in induction motor through the analysis of supply voltage modulation. IEEE trans. ind. electron. (1982. Print). [Print ed.], Aug. 2010, vol. 57, no. 8, str. 2879-2888.

2.  NEMEC, Mitja, DROBNIČ, Klemen, NEDELJKOVIĆ, David, AMBROŽIČ, Vanja. Direct current control of a synchronous machine in field coordinates. IEEE trans. ind. electron. (1982. Print). [Print ed.], Oct. 2009, vol. 56, no. 10, str. 4052-4061.

3.  NEMEC, Mitja, NEDELJKOVIĆ, David, AMBROŽIČ, Vanja. Predictive torque control of induction machines using immediate flux control. IEEE trans. ind. electron. (1982. Print). [Print ed.], Aug. 2007, vol. 54, no. 4, str. 2009-2017.

4.  AMBROŽIČ, Vanja, BUJA, Giuseppe S., MENIS, Roberto. Band-constrained technique for direct torque control of induction motor. IEEE trans. ind. electron. (1982. Print). [Print ed.], 2004, vol. 51, no. 4, str. 776-784.

5.  AMBROŽIČ, Vanja, ZAJEC, Peter. Električni servo pogoni. 1. izd. V Ljubljani: Slovensko združenje elektroenergetikov CIGRÉ-CIRED, 2016.

Temeljni viri in literatura

1. David Nedeljković: Regulacije v močnostni elektrotehniki, predvideni izid 2016.
2. Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini: Feedback control of dynamic systems, Addison-Wesley, 2010.
3. Dogan Ibrahim: Microcontroller based applied digital control: J. Wiley & Sons, 2006.
4. Werner Leonhard: Control of Electrical Drives, Springer; 2001.
5. Vanja Ambrožič, Peter Zajec: Električni servo pogoni, Slovensko združenje elektroenergetikov CIGRÉ-CIRED, 2016.
6. Borut Zupančič, Rihard Karba, Drago Matko: Simulacija dinamičnih sistemov, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, 1995.
7. Rafael Cajhen: Regulacije, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, 1990.