Moderní mikroprocesorové regulátory

Abstract

Tato dizertační práce se zabývá zejména problematikou řízení víceúrovňových měničů a využitím hradlových polí pro výpočetně náročné algoritmy pro regulaci pohonů. Realizace těchto úloh je úzce svázána s vhodným řídícím hardware - mikroprocesorovým (číslicovým) regulátorem. V první části práce jsou rozebrány požadavky na řídící hardware pro víceúrovňové měniče. Tato část také hodnotí klíčové parametry pro využití hradlových polí pro akceleraci výpočtů regulátorů. Navazující část práce se zabývá problematikou návrhu mikroprocesorového regulátoru, který by především umožnil přímé připojení víceúrovňových měničů bez dalších hardwarových prostředků. Tato část práce popisuje také další hardwarové prostředky vyvinuté pro zajištění bezproblémového provozu této platformy v prostředí laboratoře výkonové elektroniky. Několik podkapitol se pak věnuje návrhu JTAG emulátorů pro nahrávání a ladění kódu v použitých mikrokontrolérech. Navazuje představení programové podpory pro nahrávání programovatelných logických obvodů pomocí speciální aplikace PLD loader a vyvinutých JTAG emulátorů. Spolu s hardwarem je stručně představeno aplikační rozhraní MLC_driver_lib a základní firmware pro použité logické obvody. Další část práce popisuje dosažené výsledky výzkumu v oblasti víceúrovňových měničů a zejména návrh a implementaci jejich algoritmů řízení. Navazuje část popisující regulační struktury pro jednotlivé topologie ve funkcích usměrňovače a střídače, spolu s výsledky experimentů. Předposlední část práce prezentuje výsledky výzkumu v oblasti bezsenzorového řízení střídavých elektrických pohonů s využitím stochastických filtrů a bayesovských estimátorů. Tato práce především řeší úlohu implementace marginalizovaného částicového (particle) filtru, určeného pro odhad polohy a rychlosti rotoru synchronního motoru s povrchovými permanentními magnety na rotoru (PMSM) bez použití čidla rychlosti nebo polohy na hřídeli stroje. Poslední část práce představuje blok pro Matlab/Simulink, který byl vyvinut jako účinný nástroj pro rapid prototyping a plnohodnotný model-based design regulačních struktur výkonových polovodičových měničů a regulovaných pohonů.