Synchronous machine vector control system development and implementation

Abstract

This Master Thesis describes the vector control system of synchronous motor design and implementation. Theoretical background part includes basic knowledge about synchronous machines, their classification and control methods. Further in the thesis basic principles of Internal Model Control Method (IMC) for tuning PI-controller parameters are described. Application of the IMC for setting the PI controller parameters in relation to the present paper method is also presented. The electrical drive system, including vector control system, was created in Matlab Simulink and PI-controllers parameters were tuned more precisely using sensitivity function analysis tools, provided by Matlab. In the code processing part of the thesis, Simulink-based model was converted into Visual Studio TwinCAT XAE environment. Also some final model and PI-controller parameters tuning, caused by converting, was done. The generated code was downloaded into FPGA- hardware and PC-based control and tested in the laboratory in order to operate with a real 12.5 kVA synchronous motor. Laboratory tests and results are described in respective parts.

Tässä diplomityössä kuvataan tahtimoottorin vektoriohjaus järjestelmän suunnittelu ja toteutus. Teoreettinen tausta-osaan kuuluu perustieto tahtimoottorista, niiden luokittelu sekä säätömenetelmät. Edelleen työssä on kuvattu Internal Model Control menetelmä (IMC) PI-säätimen parametrien säädön perusperiaatteet. Myös on esitelty IMC menetelmän sovellukset perinteisen paperi menetelmän suhteen. Sähkö käyttöjärjestelmä, mukaan lukien vektoriohjaus järjestelmä, oli tehty Matlab Simulinkissa ja PI-säätimien parametrit oli säädetty tarkemmin käyttämällä Matlab tarjoamat herkkyysfunktio analyysityökaluja. Diplomityö koodikäsittelyn osassa, Simulink-malli muunnettiin Visual Studio TwinCAT XAE ympäristöön. Myös oli tehty muutaman lopullista parametrien säätöä, muuntamalla aiheuttama. Muodostettu koodi ladattiin FPGA-laitteisto ja tietokoneohjauslaitteisto ja testataan laboratoriossa toimiakseen todellisella 12,5 kVA tahtimoottorilla. Laboratooriotestit ja tulokset on esitetty vastaavassa osassa.