Lista referatów przyjętych na XII Konferencję Naukową
Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym "SENE 2017"

Sesja   A1    Regulacja - Estymacja - Sterowanie I.     Przew.: dr hab. Bartłomiej Ufnalski

1. Mateusz KORZONEK [6]    

   Analiza porównawcza zakresów stabilności wybranych estymatorów prędkości silnika indukcyjnego typu MRAS

   Comparative analysis of stability ranges of selected induction motor speed estimators type MRAS

   W artykule przedstawione zostało porównanie zakresów stabilności estymatorów prędkości MRASCV oraz MRASCC jak również estymatora MRASCC z zastosowaniem metody poprawy stabilności w generatorowym trybie pracy. Analiza teoretyczna potwierdzona została wynikami badań symulacyjnych i eksperymentalnych.

   In this article a comparison of stability ranges of speed estimators MRASCV and MRASCC, as well estimator MRASCC with application of stability extension method in regenerating mode was presented. Theoretical analysis was validate by simulation and experimental result.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

2. Krzysztof DRÓŻDŻ [12]    

   Estymacja zmiennych stanu i parametru układu dwumasowego za pomocą filtrów Kalmana

   Estimation of state variables and parameter of the two-mass system using Kalman filters

   Artykuł dotyczy zagadnień związanych z estymacją zmiennych stanu, momentu obciążenia i parametru mechanicznego niestacjonarnego układu dwumasowego za pomocą filtrów Kalmana (EKF i UKF). Zastosowano je w adaptacyjnej strukturze sterowania rozważanego układu, zapewniającej efektywne tłumienie drgań skrętnych. W niniejszej pracy rozważono wpływ nieliniowości w postaci tarcia na jakość estymacji poszczególnych wielkości. Rozważania teoretyczne i symulacyjne zweryfikowano w badaniach eksperymentalnych.

   The paper deals with issues related to the estimation of state variables, the load torque and the mechanical parameter of the nonstationary two-mass system using Kalman filters (EKF and UKF). They were applied in an adaptive control structure of the considered drive system which ensures an effective damping of the torsional vibrations. The influence of nonlinearity in the form of friction on the estimation quality of the individual variables is considered in this paper. Theoretical and simulation considerations were verified in experimental studies.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

3. Tomasz PAJCHROWSKI [29]    

   Porównanie struktur regulacyjnych dla napędu bezpośredniego z silnikiem PMSM ze zmiennym momentem bezwładności i obciążenia

   Comparison of control structures for direct drive with PMSM motor with variable inertia and load torque

   W pracy dokonano oceny efektów implementacji neuronowego regulatora prędkości uczonego w czasie rzeczywistym według algorytmu RPROP (ang. Resilient backPROPagation ) z układem: jednopętlowym WRM (ang. Without Reference Model), dwupętlowym MFC (ang. Model Following Control) i MRAC (ang. Model Reference Adaptive Control) dla napędu bezpośredniego z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi (ang. PMSM) oraz zmiennym momentem bezwładności i obciążenia w funkcji kąta położenia wału silnika. Przeprowadzono liczne badania symulacyjne i eksperymentalne na podstawie których dokonano oceny właściwości regulacyjnych układu regulacji prędkości obrotowej

   The evaluation of the implementation of the real-time neural speed controller according to the RPROP (Resilient backPROPagation) algorithm was performed with a single-loop WRM (Without Reference Model), MFC (Model Following Control) and Model Reference Adaptive Control (MRAC) for direct drive with PMSM motor with variable inertia and load torque. Numerous simulations and experiments have been performed, the basis of which the control system have been evaluated

4. Tomasz SOBIERAJ [57]    

   Wybór parametrów dla optymalnej strategii sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi

   Selection of the parameters for the optimal control strategy for permanent-magnet synchronous motor

   W pracy zaproponowano metodę wyboru parametrów silnika (indukcyjności Ld i Lq ) dla metody pozwalającej na wygenerowanie maksymalnej wartości momentu elektromagnetycznego na jednostkę prądu (ang. MTPA) w silniku z magnesami trwałymi. Wartości indukcyjności oraz strumienia od magnesów trwałych są wyznaczone przy użyciu obserwatora. W pracy wykazana została waga poprawnego wyboru parametrów na pracę silnika. Jako platformę sprzętową zastosowano przekształtnik laboratoryjny (własna konstrukcja) ze sterowaniem opartym na module FPGA i karcie dSpace. Praca zawiera rezultaty badań eksperymentalnych na stanowisku laboratoryjnym.

   This paper presents method of selection the motor parameters (inductances Ld and Lq) for MTPA method (Maximum Torque Per Ampere) for permanent-magnet synchronous motor. The inductances and magnet flux of the motor are identified using observer method based on mathematical model. Using the technique, performance of the MTPA algorithm can be improved. This paper presents an idea and a procedure of the proposed algorithm. Hardware platform is based on laboratory power inverter with control block using FPGA and dSpace card. Result of experiment are presented to validate the proposed method.

Sesja   B1    Elektrownie wiatrowe.     Przew.: dr hab. Marcin Kasprzak

1. Piotr GAJEWSKI [8]    

   Badania eksperymentalne bezpośredniego sterowania momentem i mocą systemu elektrowni wiatrowej z PMSG

   Experimental Studies of Direct Torque and Power Control of Wind Energy Conversion System with PMSG

   W artykule przedstawiono układ sterowania bezprzekładniowym systemem turbiny wiatrowej o zmiennej prędkości z generatorem PMSG. Do sterowania generatorem PMSG i przekształtnikiem maszynowym zastosowano algorytm MPPT i DTC-SVM. Do sterowania przekształtnikiem sieciowym zastosowano metodę sterowania DPC-SVM. W celu potwierdzenia skuteczności proponowanych algorytmów sterowania przeprowadzono badania eksperymentalne na stanowisku laboratoryjnym. Przeprowadzone badania potwierdziły duża dokładność zastosowanych metod sterowania DTC-SVM i DPC-SVM oraz wykazały skuteczność rozpatrywanego algorytmu MPPT .

   The paper proposes the control scheme of the variable speed wind turbine system with direct-driven PMSG. The control strategy of PMSG and Machine Side Converter (MSC) combines the technique of MPPT and Direct Torque Control (DTC-SVM). In the control system of the Grid Side Converter (GSC) the application of Direct Power Control (DPC-SVM) has been used. In order to validate the effectiveness of the proposed control scheme the experimental studies have been performed in the test bench. The experimental studies confirmed the high accuracy of the DTC-SVM and DPC-SVM and demonstrate high performance of considered MPPT algorithm.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

2. Zbigniew KRZEMIŃSKI, Janusz SZEWCZYK, Elżbieta BOGALECKA [38]    

   Sterowanie małą elektrownią wiatrową z wykorzystaniem efektu przeciągnięcia

   Small wind turbine control system with a stall effect

   W artykule przedstawiono sposób sterowania małą elektrownią wiatrową o zmiennej prędkości kątowej i o stałym kącie ustawienia łopat. Algorytmy sterowania przeniesione z dużych elektrowni wiatrowych nie zapewniają ani odpowiedniej sprawności aerodynamicznej ani bezpieczeństwa. Zaproponowany algorytm umożliwia zwiększenie wydajności o ponad 50% i zapewnienie bezpieczeństwa przy dużej prędkości wiatru przez wejście w stan przeciągnięcia. Badania poparto wynikami badań symulacyjnych i eksperymentalnych na elektrowni 40kW.

   The article presents a control system of a small wind turbine with variable angular velocity and a fixed pitch angle. Control algorithms transferred from large wind turbines do not provide adequate aerodynamic or safety performance. The proposed algorithm allows for more than 50% increase in productivity and at high wind speeds it uses a stall effect. The study was supported by simulation and experimental research at the 40kW wind power plant.

3. Janusz BARAN, Andrzej JĄDERKO [42]    

   Sterowanie turbiną wiatrową z odtwarzaniem momentu aerodynamicznego

   Control of the wind turbine with aerodynamic torque estimation

   W artykule opisano układ sterowania turbiną wiatrową o regulowanej prędkości obrotowej i stałym kącie ustawienia łopat z rozszerzonym estymatorem stanu zastosowanym do odtwarzania momentu aerodynamicznego i prędkości obrotowej turbiny. Estymacja momentu aerodynamicznego umożliwia zadawanie optymalnego momentu generatora i obliczenie efektywnej prędkości wiatru niezbędnej do ustalenia optymalnej prędkości obrotowej generatora. Pokazano wyniki badań symulacyjnych proponowanego algorytmu sterowania w środowisku Matlab.

   The paper deals with control of a variable-speed fixed-pitch wind turbine with generator speed feedback and estimation of aerodynamic torque and turbine speed using the extended state estimator. Estimation of the aerodynamic torque allows to set the optimal generator torque and calculate the effective wind speed necessary to determine the optimal reference generator speed. Simulations carried out in the Matlab/Simulink environment are presented to verify the proposed algorithm.

4. Stefan BROCK [54]    

   Wpływ cyfrowego różniczkowania z filtracją na nastawy regulatora PI prędkości

   Influence of filters for numerical differentiation on parameter tuning of PI speed controllers

   W pracy przedstawiono dobór parametrów regulatora prędkości typu PI w układzie sterowania, w którym sygnał prędkości jest wyznaczany poprzez różniczkowanie sygnału położenia. W pierwszej części wybrano trzy metody wyznaczania sygnału prędkości: ruchoma średnia, filtr dolno-przepustowy, oraz gładka metoda różniczkowania z filtrem FIR. Na drodze badań symulacyjnych porównano właściwości dynamiczne i statyczne zaprezentowanych metod. Zaprezentowane wyniki mogą być pomocą w wyborze metody wyznaczania prędkości, szczególnie w zakresie bardzo niskich prędkości obrotowych. W drugiej części pracy przeanalizowano zależność nastaw regulatora prędkości od stopnia filtru wygładzającego. Wyniki badań symulacyjnych wskazują, że zaproponowane podejście zapewnia uzyskanie dobrych właściwości dynamicznych napędu.

   The main purpose of this study was to describe a parameter tuning of PI speed controller when the speed is determined by differentiating the position. In the first part three methods of speed calculation was selected: moving average, low pass filter, and smooth derivative with FIR filter. Dynamic and static properties of presented methods were compared through simulation studies. The results can be helpful in choosing method for estimation the speed of the direct drive, especially for very low speeds. In the second part the relationship between the degree of smooth filter and controller setting is analysed. Simulation results show that the proposed control approach can provide good dynamic of the drive.

Sesja   C1    Maszyny elektryczne w układach napędowych.     Przew.: prof. Stanisław Piróg

1. Marcin WOLKIEWICZ, Grzegorz TARCHAŁA [10]    

   Diagnostyka uszkodzeń elektrycznych silnika indukcyjnego zasilanego z przemiennika częstotliwości w zamkniętej strukturze sterowania

   Diagnosis of electrical damages of an induction motor supplied from a frequency converter in closed-loop control structure

   W artykule przedstawiono zagadnienie wczesnego wykrywania uszkodzeń elektrycznych silnika indukcyjnego zasilanego z przemiennika częstotliwości w zamkniętej strukturze sterowania DFOC. Wzięto pod uwagę uszkodzenia zarówno stojana, w postaci zwarć zwojowych oraz wirnika – pękniętych prętów. Przeprowadzono badania eksperymentalne napędu przy różnych prędkościach oraz wartościach momentu obciążenia. W celu jednoczesnej diagnostyki obu uszkodzeń wykorzystano jeden z sygnałów wewnętrznych układu sterowania.

   This paper deals with an early detection of electrical damages of an induction motor supplied by a voltage source inverter in the closed- loop control structure DFOC. Both stator damages, in the form of shorted turns, and rotor damages, in the form of broken bars, are taken into consideration. Experimental tests have been conducted for different speed and torque values. In order to diagnose both damages simultaneously one of the internal signals from the control structure is utilized.

2. Leszek JARZĘBOWICZ [20]    

   Modelowanie zmienności prądów szybkoobrotowego silnika PMSM oparte na dyskretnych danych pomiarowych

   An approach to modeling currents of high-speed PMSM based on discrete feedback

   W napędach szybkoobrotowych położenie kątowe wirnika może znacząco się zmieniać w trakcie pojedynczego cyklu modulacji napięcia wyjściowego falownika. W konsekwencji zastosowanie typowych, prostych modeli matematycznych aproksymujących przebiegi prądów silnika odcinkami liniowymi prowadzi do znaczących błędów. Rozwiązanie dokładnego modelu silnika, opartego na równaniach różniczkowych, wymaga znajomości wielkości wejściowych zmieniających się w czasie w sposób ciągły, których pomiar w sterowniku napędu jest niemożliwy. Konieczne jest zatem wykonanie dyskretyzacji oraz uproszczeń tego modelu. W referacie zaproponowano sposób modelowania zmienności prądów uwzględniający nieliniowość przebiegów związaną z ruchem wirnika, przystosowany do realizacji w sterowniku mikroprocesorowym. Omówiono poszczególne uproszczenia, a ich wpływ na dokładność odwzorowania prądów zweryfikowano poprzez symulacyjne badania porównawcze.

   During high-speed operation of an electric drive, the rotor angular position may substantially change within a voltage modulation cycle. Consequently, approximating motor phase currents waveforms by a set of linear functions leads to substantial errors. An accurate model based on differential equations, which reflects the non-linearity of currents waveforms, requires continuous feedback values. Thus, microprocessor implementation of this model needs to be preceded by simplifications and discretization of its variables. This paper proposes a simplified model reflecting non-linear motor currents waveforms that is suitable for digital implementation. Particular simplifications were discussed and validated by simulation.

3. Marcin BASZYŃSKI [36]    

   Sposób sterowania silnika BLDC o nieskojarzonych uzwojeniach

   An Open-End Winding BLDC Motor Power Supply System

   W artykule opisano modulację unipolarną dla silnika BLDC o nieskojarzanych uzwojeniach. Opisane rozwiązanie ma wiele zalet w porównaniu do klasycznych modulacji takich jak: możliwość uzyskania większej prędkości obrotowej przy tym samy napięciu zasilania oraz większą częstotliwość składowej zmiennej prądu.

   The article describes PWM technique for an open-end winding BLDC motor. The described solution has a number of advantages over the conventional method like: the highest maximum speed possible with the same capacitor voltage, the highest current ac component frequency etc.

4. Mateusz DYBKOWSKI, Kamil KLIMKOWSKI [56]    

   Wpływ uszkodzeń silnika indukcyjnego i przekształtnikowego układu napędowego na proces detekcji awarii wybranych czujników pomiarowych

   Influence of induction motor faults on performance of the chosen measurements sensors faults detectors in vector controlled motor drives

   Artykuł związany jest z analizą pracy układu napędowego o zwiększonym stopniu bezpieczeństwa. Sprawdzono wpływ uszkodzeń wybranych elementów układu napędowego z silnikiem indukcyjnym oraz samego silnika na proces detekcji awarii elementów pomiarowych w układzie wektorowego sterowania polowo – zorientowanego. Analizowano wpływ awarii prętów klatki wirnika silnika indukcyjnego, uszkodzenia tranzystora falownika napięcia oraz sprawdzono wpływ zmienności wybranych parametrów maszyny na jakość pracy detektorów uszkodzeń czujników pomiarowych.

   The paper is concerned with the analysis of safety electrical drive systems. The analysis of the influence of selected components faults of the drive system with the induction motor on the process of detecting failure of the measuring elements in the vector control system was analyzed. The rotor bars faults of induction motor, IGBT transistor failure, and the influence of machine parameters changes were investigated.

Sesja   A2    Sterowanie predykcyjne.     Przew.: dr hab. Stefan Brock

1. Piotr FALKOWSKI [30]    

   Predykcyjna regulacja momentu i strumienia silnika indukcyjnego - dobór współczynnika wagowego

   Predictive torque and flux control – weighting factor selectin

   W artykule przedstawiono predykcyjną metodę regulacji momentu i strumienia (PTFC). Jej główną wadą jest konieczność doboru wartości współczynnika wagowego występującego w funkcji kosztu J. Wartość współczynnika wagowego decyduje o poziomie tętnień momentu i strumienia oraz średniej częstotliwości łączeń tranzystorów falownika i w obecnym stanie wiedzy jest ona najczęściej dobierana doświadczalnie. W artykule przedstawiono analityczny sposób doboru optymalnej wartości współczynnika wagowego zapewniającego porównywalne tętnienia składowych wektora prądu stojana na podstawie parametrów maszyny i falownika.

   These paper presents a predictive torque and flux control method (PTFC). Its main drawback is the need to choose the value of weighting factor in cost function J. The weight factor determines the level of torque and flux ripple and also the value of average switching frequency. In the present state of knowledge value of weighting factor is selected experimentally. The article presents an analytical way of selecting the optimal value of the weight factor providing comparable ripple level of components of the stator current vector based on the parameters of the machine and the inverter.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

2. Karol WRÓBEL, Piotr SERKIES, Krzysztof SZABAT [31]    

   Predykcyjne algorytmy sterowania prędkością silnika indukcyjnego

   Predictive speed control algorithms of induction motor

   W przedstawionej pracy zaprezentowano zagadnienie predykcyjnego sterowania prędkością silnika indukcyjnego z wykorzystaniem algorytmów ze skończonym i ciągłym zbiorem rozwiązań. We wstępie krótko przedstawiono stan zagadnienia. Następnie omówiono problem sterowania predykcyjnego. W kolejnym rozdziale przedstawiono model matematyczny silnika indukcyjnego wykorzystany podczas badań symulacyjnych. Następnie omówiono algorytmy predykcyjne z ciągłym i skończonym zbiorem rozwiązań. W kolejnej części przedstawiono wyniki badań symulacyjnych pozwalających porównać obie struktury sterowania. Pracę zakończono podsumowaniem.

   The paper presents issue of predictive speed control of induction motor, using algorithms with continuous and finite control set. In the introduction briefly presented the state of the problem. Next, the problem of predictive control is discussed. The next chapter presents the mathematical model of the induction motor used in the simulation tests. Next, the predictive algorithms with continuous and finite control set are presented. In the next section the results of simulation research are presented. This allows to compare both of control structure. The work was completed with a summary.

3. Karol WRÓBEL [32]    

   Predykcyjne sterowanie prędkością napędu z silnikiem indukcyjnym – wybrane aspekty sterowania z algorytmem ze skończonym zbiorem rozwiązań

   Predictive control of induction motor drive- selected aspects of control with algorithm of finite control set

   W pracy przedstawiono zagadnienia sterowania prędkością w napędzie z silnikiem indukcyjnym, przy wykorzystaniu algorytmu predykcyjnego ze skończonym zbiorem rozwiązań. Zaprezentowano działanie układu w różnych stanach pracy. Pokazano wpływ horyzontu predykcji na jakość regulacji. Przedstawiono wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych

   In the paper is presented the issue of controlling the speed of induction motor drive, using finite control set predictive control algorithm. It is showed the operation of the system in different operating conditions. The impact of the prediction horizon on the quality of regulation was presented. The results of the simulations and experiments are presented.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

4. Kamil ANTONIEWICZ, Krzysztof RAFAŁ [39]    

   Sterowanie predykcyjne 3-poziomowego 4-gałeziowego przekształtnika FCC - wpływ niedopasowania parametrów modelu

   Model predictive control of 4-leg 3-level FCC converter - influence of model parameter mismatch

   W artykule przedstawiono metodę sterowania dla 3-poziomowego, 4-gałeziowego przekształtnika z kondensatorami o zmiennym potencjale pracującego jako równoległy filtr aktywny, wykorzystującą sterowanie predykcyjne o ograniczonej liczbie stanów. Omówiono sposób regulacji prądu oraz równoważenia napięć na kondensatorach. Przeanalizowano wpływ niedopasowania parametrów modelu indukcyjnego filtru sieciowego na precyzję regulacji prądu. Przedstawiono wyniki eksperymentalne uzyskane na modelu laboratoryjnym o mocy 10 kVA.

   This paper presents control method of 4-leg 3-level Flying Capacitor Converter (FCC) operating as Shunt Active Power Filter (SAPF), based on Model Predictive Control with Finite number of Control States (FS-MPC). Current control and capacitor balancing are described. Influence of the inductive filter model parameters mismatch on the current control precision is analysed. Results are supported by experimental waveforms obtained on 10 kVA setup.

5. Dariusz JANISZEWSKI [40]    

   Sterowanie predykcyjne prędkością napędu z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych

   Speed model predictive control of permanent magnet synchronous motor drive

   W artykule przedstawiono sterowanie predykcyjne napędem elektrycznym z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych. Zaproponowano nowe podejście do klasycznego systemu sterowania. Standardowe kaskadowe podejście zastąpiono predykotorem, który na bazie modelu przy znajomości zmiennych pomiarowych, zmiennych stanu (prądy stojana i położenie wału) reguluje prędkość poprzez podawanie odpowiednich napięć stojana.

   The paper deals with the Model Predictive Control (MPC) algorithm applied to control a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) Drive. There are proposed control strategy in classical system but using different approach. Standard cascaded drive controller replaced by one mathematical optimal behaviour predictor in scope of mechanical speed control based on currents and position measurements and voltages given. Results have been carried out to verify the effectiveness and applicability of the novel proposed control technique.

6. Mateusz ŻYCHLEWICZ, Piotr DERUGO, Marcin KAMIŃSKI [63]    

   Zastosowanie sterowania z modelem wewnętrznym opartego o sieci neuronowe dla napędu z elastycznym sprzęgłem

   Internal Model Control based on neural networks applied for drive with elastic coupling

   W artykule opisano sterowanie układem napędowym z połączeniem sprężystym, pętla regulacji prędkości została zaprojektowana w oparciu o dwa modele neuronowe. Jeden z nich stanowi główny regulator, natomiast drugi jest modelem odniesienia wykorzystywanym w trakcie obliczeń. Adaptacja wag sieci neuronowych jest realizowana on-line. Artykuł zawiera opis teoretyczny zaimplementowanej struktury, a także badania symulacyjne oraz eksperymentalne zrealizowane z wykorzystaniem procesora sygnałowego karty dSPACE1103.

   Paper presents control system applied for electrical drive with elastic connections. Speed control loop of the whole structure is based on two neural models. One of them is applied as the main controller, the second is the internal model of the plant used for calculations of control signal. Adaptation of weights in neural networks is done in on-line mode. Article contains theoretical description of implemented control structure, simulation tests as well as experimental tests using digital signal processor of dSPACE1103.

Sesja   B2    Przekształtniki DC/DC.     Przew.: dr hab. Michał Gwóźdź

1. Krzysztof OBRĘBSKI [21]    

   Nadmiarowy, odporny na awarie przekształtnik DC-DC dla nanosieci

   Redundant, fault tollerant DC-DC converter for nano-grid applications

   Niniejszy artykuł prezentuje pomysł i wyniki badań symulacyjnych odpornego na awarie, nadmiarowego, izolowanego przekształtnika DC-DC o napięciu 380-48V z podziałem prądu pomiędzy pojedynczymi modułami, dla nanosieci napięcia stałego.

   This paper presents idea and simulation results of fault tolerant, redundant multiphase isolated 380V-24V DC-DC converter with parallel current sharing for DC nano grid applications

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

2. Piotr ZIMOCH [34]    

   Quasi – rezonansowy dwufazowy przekształtnik DC/DC podwyższający napięcie

   Quasi – resonant two-phase DC/DC boost converter

   W artykule dokonano analizy dwufazowego przekształtnika DC/DC podwyższającego napięcie z tranzystorami MOSFET załączanymi przy zerowym napięciu dren – źródło. Przeprowadzono badania symulacyjne, które wykazały, że możliwa jest praca tego typu przekształtnika przy częstotliwości rzędu kilkuset kHz oraz wykonano prototyp układu o częstotliwości pracy 400 – 600 kHz.

   The paper presents an analysis of a two-phase DC/DC boost converter with MOSFET transistors switched at zero drain – source voltage. Simulations, which have been conducted, have shown a possibility to make such converter with switching frequency up to a few hundred kHz. A prototype converter with switching frequency of 400 – 600 kHz has been made.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

3. Karol TATAR, Piotr LEŚNIEWSKI, Piotr CHUDZIK [41]    

   Sterowanie ślizgowe przetwornicy DC-DC ze słabo tłumionym filtrem wejściowym LC

   Sliding mode control of DC-DC converter with low damped input filter

   Artykuł przedstawia wyniki badań struktury i analizę doboru parametrów regulatora ślizgowego sterującego przetwornicą DC-DC ze słabo tłumionym filtrem wejściowym LC. Autorzy zamieścili rozważania teoretyczne, których efektem było opracowanie regulatora ślizgowego, eliminującego skłonność układu sterowania do oscylacji napięcia na kondensatorze filtra wejściowego. W pracy zostały przedstawione wyniki badań symulacyjnych oraz wyniki badań laboratoryjnych.

   The article presents results of research concerning the analysis of sliding-mode control strategy for DC-DC buck converter with poorly damped input LC filter. Authors depict theoretical approach which led to the synthesis of sliding-mode controller capable of reducing input filter capacitance oscillation. Both simulation and laboratory outcome is shown.

4. Piotr GRZEJSZCZAK, Marek SZYMCZAK, Roman BARLIK [43]    

   Sterownik dwukierunkowego wielomodułowego przekształtnika DC/DC zrealizowany na platformie FPGA

   Digital controller of bidirectional multi-modular DC/DC converter implemented in FPGA

   W artykule omówione zostały zagadnienia związane z projektowaniem sterownika mikroprocesorowego dedykowanego do obsługi modułowego dwukierunkowego przekształtnika prądu stałego z izolacją galwaniczną w postaci podwójnych mostków aktywnych (DAB). W zależności od potrzeb, układ ten może pracować w konfiguracji równoległej lub szeregowo-równoległej zapewniając jednocześnie większą niezawodność, dzięki możliwości pracy z redundancją n+1. Realizacja pełnej funkcjonalności tego przekształtnika wymaga dużej liczby sygnałów cyfrowych i odpowiedniej mocy obliczeniowej, dlatego do jego obsługi opracowano sterownik w układzie programowalnym (FPGA). W rezultacie uzyskano bardzo ciekawe możliwości kontrolera, nieosiągalne w klasycznych układach mikroprocesorowych.

   In this paper a design process of digital controller dedicated to bidirectional modular DC//DC converter with galvanic isolation with dual active bridge (DAB) was presented. Depending of the application, proposed system may work as parallel (IPOP) or series-parallel (ISOP) configuration and provide higher reliability – thanks to redundancy n+1. Realization of all features of this converter needs the large number of control signals and a huge performance, therefore digital controller was implemented in programmable logic array (FPGA). Finally, a very good performance of the controller was obtained, which was unable to reach by other microcontrollers.

5. Robert STALA, Adam KAWA, Adam PENCZEK, Zbigniew WARADZYN, Andrzej MONDZIK [52]    

   Układ powielacza napięcia w technice przełączanych kondensatorów w topologii synchronicznej - badania eksperymentalne i studium wykonalności

   A Synchronous Resonant Switched-Capacitor DC-DC Boost Converter - Experimental Results And Feasibility Model

   W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych rezonansowego przekształtnika DC-DC o przełączanych kondensatorach powielającego napięcie stałe w topologii synchronicznej (SYSCVM – Synchronous Switched Capacitor Voltage Multiplier). W klasycznym rozwiązaniu analizowany przekształtnik o przełączanych kondensatorach wykorzystuje diody w obwodach ładowania przełączanych kondensatorów. W układzie SYSCVM diody połączone są równolegle z tranzystorami MOSFET dla uzyskania większej sprawności układu. Artykuł przedstawia wyniki pomiarów eksperymentalnych układu dotyczących weryfikacji działania układu oraz jego sprawności. Ponadto, problemy związane z praktyczną implementacją koncepcji synchronicznego układu (SYSCVM) zostają również omówione.

   This paper presents results of experimental research of a resonant switched capacitor voltage multiplier (SCVM) in the synchronous topology (SYSCVM). The classical SCVM utilizes diodes in the branches responsible for charging the switched capacitors. In the SYSCVM, the diodes are connected in parallel with the MOSFET switches. Therefore, an improvement of efficiency is achieved. The paper presents experimental results of operation and efficiency of the SYSCVM. Furthermore, the issues related to the design of the converter with the synchronous switches and discusses problems of supply of gate drivers.

Sesja   C2    Przekształtniki I.     Przew.: prof. Ryszard Strzelecki

1. Leszek WYDŹGOWSKI, Łukasz J. NIEWIARA, Tomasz TARCZEWSKI, Lech M. GRZESIAK, Marek ZIELIŃSKI [16]    

   Jednofazowy mostkowy przekształtnik DC-AC z tranzystorami GaN GIT

   Single-phase DC-AC bridge converter with GaN GIT transistors

   W niniejszym artykule przedstawiono jednofazowy mostkowy przekształtnik napięcia z tranzystorami GaN GIT. W pracy omówiono zastosowaną topologię przekształtnika oraz przedstawiono strukturę zaprojektowanych sterowników bramkowych. Na podstawie badań eksperymentalnych dokonano analizy sprawności układu dla wybranych częstotliwości przełączania oraz analizy częstotliwościowej wąskopasmowej oraz szerokopasmowej obejmującej badanie zawartości harmonicznych w odtwarzanym sygnale napięciowym dla częstotliwości przełączania 100 kHz, 200 kHz oraz 500 kHz.

   In this paper a single phase bridge voltage inverter with GaN GIT transistors is investigated. The article discusses the applied topology of the converter and presents the structure of the designed gate drivers. An analysis of the system efficiency for different switching frequencies (100 and 200 kHz) and harmonic analysis was carried out. Narrow and wideband harmonic analyzes were performed on the produced output voltage signal for switching frequencies at the level of 100 kHz, 200 kHz and 500 kHz.

2. Piotr SOBAŃSKI [18]    

   Metody diagnostyki awarii tranzystorów w przekształtniku sieciowym AC/DC

   Transistor Fault Diagnostic Methods in the AC/DC Line-Side Converter

   W artykule porównano dwa algorytmy diagnostyki awarii tranzystorów w przekształtniku sieciowym AC/DC z dwukierunkowym przepływem mocy. Zaprezentowane rozwiązania pozwalają na szybką identyfikację łączników energoelektronicznych, które utraciły zdolność do przewodzenia prądu oraz mogą być zastosowane bez użycia dodatkowych układów sprzętowych, w różnych układach regulacji. W odróżnieniu od większości znanych z literatury podobnych rozwiązań, skuteczność proponowanych metod została zweryfikowana zarówno podczas pracy prostownikowej jak i falownikowej przekształtnika. W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych potwierdzających pełną skuteczność proponowanych rozwiązań.

   In this article two transistor fault diagnostic algorithms in the AC/DC line-side converter with a bidirectional power flow are compared. The presented methods allow to a fast transistor open-circuit fault detection and they can be used with no additional hardware in various control structures. As opposed to known from a literature survey similar methods, an effectiveness of the proposed algorithms has been verified under a rectifying as well as generation mode of the converter. In the article, the chosen simulation and experimental results that prove the full effectiveness of the proposed methods have been presented.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

3. Michał HARASIMCZUK, Adam BORCHERT [35]    

   Quasi – rezonansowy przekształtnik podwyższający napięcie z dławikiem dzielonym przełączany przy zerowym napięciu

   Single switch quasi-resonant ZVS converter with tapped

   Artykuł przedstawia quasi-rezonansowy przekształtnik podwyższający napięcie z dławikiem dzielonym przełączany przy zerowym napięciu. Wykorzystanie dławika dzielonego umożliwia uzyskanie wysokiego współczynnika wzmocnienia napięciowego. Obwód rezonansowy zapewnia przełączanie tranzystora przekształtnika przy zerowym napięciu. Miękkie przełączanie tranzystora daje możliwość zwiększenia częstotliwości pracy przekształtnika. W artykule szczegółowo omówiono pracę przekształtnika, została wyprowadzona jego charakterystyka sterowania. Omówiono zasadę optymalnego doboru wartości elementów rezonansowych. Artykuł kończy się przedstawieniem wyników badań laboratoryjnych potwierdzających prawidłowe działanie przekształtnika.

   This paper presents a quasi-resonant zero-voltage switching boost converter with tapped inductor. Thanks to the use of a tapped inductor, a high voltage gain is achieved. A resonant circuit ensures that the converter transistor is switched at zero voltage. Soft transistor switching enables increase of converter operation frequency. The control is done by pulse width modulation and constant turn off time of the transistor. The soft- switching technique enables the converter to operate at higher frequencies. We provide a detailed discussion of the operation of the converter and present its control characteristics. Next, we discuss the importance of optimally choosing the values of resonant elements. Finally, the results of laboratory tests are presented.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

4. Arkadiusz LEWICKI, Patryk STRANKOWSKI, Marcin MORAWIEC, Jarosław GUZIŃSKI [44]    

   Strategia wektorowej modulacji szerokości impulsów dla wielofazowych falowników napięcia

   Space Vector Modulation strategy for multiphase Voltage Source Inverters

   W artykule zaproponowano strategię wektorowej modulacji szerokości impulsów dla wielofazowych falowników napięcia. Zaproponowane rozwiązanie pozwala na niezależne formowanie napięć wyjściowych w n-fazowym falowniku dwupoziomowym z wykorzystaniem (n-1) wektorów aktywnych. Przedstawiony algorytm modulacji umożliwia dobór sekwencji wektorów aktywnych i pasywnych wymagającej minimalnej liczby przełączeń tranzystorów falownika. W artykule przedstawiono wyniki badań napędu elektrycznego z silnikiem klatkowym zasilanym z pięciofazowego falownika napięcia, w którym zaimplementowano zaproponowane rozwiązanie.

   This paper presents the Space Vector Modulation for multiphase Voltage Source Inverters (VSI). Proposed solution makes it possible to generate the inverter output voltage vectors in n-phase VSI using (n-1) active voltage vectors. The presented algorithm allows to select the active and zero voltage vector sequence where the commutation amount is limited. The results of investigation of the drive system with induction motor and five-phase VSI controlled using proposed modulation strategy are presented in the paper.

5. Zbigniew KACZMARCZYK, Michał ZELLNER, Krystian FRANIA [45]    

   Straty mocy i rezystancja zastępcza związane z przeładowywaniem nieliniowej pojemności wyjściowej tranzystora MOSFET

   Power losses and equivalent resistance associated with cyclic charging and discharging of nonlinear output capacitance of MOSFET transistor

   Projektowanie przekształtników energoelektronicznych wymaga odpowiedniego doboru ich podzespołów aktywnych – tranzystorów. W przypadku zastosowań wysokoczęstotliwościowych falowników rezonansowych istotną grupę parametrów stanowią parametry pasożytnicze tranzystora MOSFET w stanie wyłączenia – nieliniowa pojemność wyjściowa oraz straty mocy i rezystancja zastępcza związane z jej cyklicznym przeładowywaniem. W ramach pracy przedstawiono nową metodę wyznaczania strat mocy i rezystancji zastępczej tranzystora MOSFET w stanie wyłączenia.

   The design of power electronic converters requires the proper selection of their active components – transistors. In the case of high-frequency resonant inverter applications, a significant group of parameters to be considered are MOSFET transistor parasitic parameters in the off-state – nonlinear output capacitance, power losses and equivalent resistance associated with its cyclic charging and discharging. The paper presents a new method of determining these power losses and equivalent resistance of MOSFET transistor in the off-state.

Sesja   A3    Regulacja - Estymacja - Sterowanie II.     Przew.: dr hab. Jacek Rąbkowski

1. Jacek KABZIŃSKI, Przemysław MOSIOŁEK [1]    

   Adaptacyjne sterowanie dwu-masowego układu napędowego z nieliniową charakterystyką sztywności

   Adaptive Control of Two-Mass Drive System with Nonlinear Stiffness

   Opisano problem sterowania prędkością układu napędowego z połączeniem sprężystym i nieznanymi parametrami. Elastyczne połączenie jest opisane przy pomocy nieliniowej funkcji sztywności. Rozważane są dwa typy nieliniowej funkcji sztywności: wypukła i wklęsła. Układy regulacji są projektowane przy pomocy metod „adaptive backstepping” z filtracją wartości zadanych. Opisano szereg eksperymentów, które ilustrują charakterystyczne właściwości układu regulacji.

   The paper describes a nonlinear controller design technique for a servo drive in the presence of a nonlinear friction together with a flexible shaft connecting the motor and the load. The shaft is characterized by the nonlinear stiffness curve. Two different type of the nonlinear stiffness curve are considered. The proposed controller is based on adaptive backstepping, modified by the use of command filtering. The proposed approach allows to accomplish the rigorous proof of the closed-loop system stability. Several experiments prove the control effectiveness.

2. Paweł DRÓŻDŻ, Krzysztof DRÓŻDŻ, Krzysztof SZABAT [7]    

   Analiza wpływu zmian parametrów napędu dwumasowego na właściwości dynamiczne ślizgowej struktury sterowania

   Analysis of the changes of the two-mass system parameters to the dynamic properties of the sliding-mode control structure

   W artykule poruszano zagadnienia związane z układami ślizgowego sterowania prędkością napędu dwumasowego. Rozważano strukturę klasyczną oraz z adaptacyjnym filtrem dolnoprzepustowym na wyjściu układu. Przeprowadzono analizę odporności obu układów na zmianę parametrów. Wprowadzono dwa całkowe wskaźniki - jakości regulacji oraz efektywności energetycznej układu. Tak dobrane wskaźniki jakości pozwoliły na oszacowanie przydatności stosowania filtrów dolnoprzepustowych w strukturach regulacji ślizgowej. Badania przeprowadzono na podstawie testów symulacyjnych i eksperymentalnych.

   In this paper the issues related to the sliding-mode control of the two-mass system are considered. Two structures are investigated, namely classical one and the structure with adaptive low-pass filter at the output of the controller. The robustness analysis both systems to the changes of the plant parameter is done. Two integral control and efficiency indexes are considered in the work which allowed to estimate the usefulness of low-pass filters in the integral sliding-mode control structures. The work is based on the simulation and experimental study.

3. Jacek LISTWAN [9]    

   Badania eksperymentalne metody bezpośredniego sterowania polowo-zorientowanego 6-fazowym silnikiem indukcyjnym z zastosowaniem sterowania ślizgowego Super-Twisting

   Experimental studies of Super-Twisting Sliding Mode Direct Field-Oriented Control of six-phase induction motor

   W artykule przedstawiono metodę bezpośredniego sterowania polowo-zorientowanego (DFOC) sześciofazowym silnikiem indukcyjnym z zastosowaniem sterowania ślizgowego Super-Twisting. Opisano model matematyczny 6-fazowego silnika indukcyjnego. Zaprezentowano metodę modulacji wektorowej i algorytm sterowania Super-Twisting Przedstawiono i opisano metodę sterowania DFOC z regulatorami ślizgowymi Super-Twisting. Przeprowadzono badania eksperymentalne struktury sterowania DFOC z regulatorami Super-Twisting oraz przedstawiono i omówiono otrzymane wyniki badań eksperymentalnych.

   The paper presents the Direct Field-Oriented Control (DFOC) method of six-phase induction motor with application of the Super-Twisting Sliding Mode algorithm. The mathematical model of the six-phase induction motor has been described. The descriptions of the Space Vector Modulation (SVM) method and the Super-Twisting algorithm have been presented. The DFOC control method with Super-Twisting Sliding Mode controllers has been described. The experimental studies of the DFOC with Super-Twisting controllers have been carried and the results of these studies are presented and discussed.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

4. Bartłomiej UFNALSKI, Lech M. GRZESIAK, Arkadiusz KASZEWSKI, Andrzej GAŁECKI [22]    

   O podobieństwach i wyzwaniach regulatorów wielorezonansowych i regulatorów z uczeniem iteracyjnym dla przekształtników sieciowych oraz dlaczego sprzężenie w przód ma znaczenie

   On the similarity and challenges of multiresonant and iterative learning current controllers for grid converters and why the disturbance feedforward matters

   Istnieją dwa główne sposoby rozwiązywania zadania regulacji nadążnej dla powtarzalnego sygnału zadanego w obecności powtarzalnego zakłócenia, jest to zastosowanie regulatorów wielorezonansowych (zwanych też wielooscylacyjnymi) oraz regulatorów z uczeniem iteracyjnym. Jednak żadnego z tych rozwiązania nie można uznać za jednoznacznie lepsze, co zostanie tutaj pokazane. Oba cechują zarówno mocne strony, jak i pewne słabości oraz wyzwania implementacyjne. Przekształtnik sieciowy posłuży tutaj za przykład. Celem jest pobieranie lub oddawanie sinusoidalnego prądu sieci pomimo odkształconego napięcia. Omówione zostanie również sprzężenie w przód od zakłócenia w kontekście zadania sterowania powtarzalnego. Zagadnienie zostanie zilustrowane przy użyciu symulacji komputerowych. Naszym głównym celem jest pokazanie praktykom związków pomiędzy tymi dwiema metodami sterowania.

   There are two main techniques to solve the reference tracking problem for repetitive references and under repetitive disturbances, namely multiresonant (a. k. a. multioscillatory) controllers and iterative learning controllers. Nevertheless, neither of the approaches is a definitive winner, which is to be demonstrated herein. Both have their strengths, weaknesses and challenges. A grid-tie converter will be the case study here. The goal is to draw or inject sinusoidal currents under distorted grid voltage conditions. The supporting feedforward controller will be addressed within the context of the discussed repetitive control task. The case will be illustrated using numerical simulations. Our main goal is to make practitioners familiar with the relationships between these two control methods.

Sesja   B3    Regulacja - Estymacja - Sterowanie III.     Przew.: dr hab. Tomasz Pajchrowski

1. Piotr SOBAŃSKI [4]    

   Algorytm modulacji napięcia w napędzie tolerującym uszkodzenia tranzystorów przekształtnika energoelektronicznego

   Voltage Modulation Algorithm in the Drive Fed by the Fault-tolerant Power Converter

   W artykule przedstawiono nowy algorytm modulacji napięcia w falowniku o topologii tolerującej awarie tranzystorów w napędzie z silnikiem indukcyjnym z bezpośrednim sterowaniem momentem elektromagnetycznym. Zaprezentowane rozwiązanie pozwala na stabilną pracę systemu napędowego podczas braku przewodzenia dowolnego łącznika półprzewodnikowego w falowniku napięcia, niezależnie od obciążenia oraz prędkości obrotowej silnika. Zastosowana metoda sterowania tolerującego awarie przekształtnika energoelektronicznego polega na szybkiej detekcji nieprawidłowo pracjącego tranzystora, a następnie zmianie sterowania modułami mocy falownika. W przeciwieństwie do znanych z literatury rozwiązań, proponowany algorytm modulacji zapewnia minimalizację tętnień momentu elektromagnetycznego silnika i jednocześnie eliminuje ryzyko utyku napędu spowodowane rozładowaniem jednej z grup kondensatorów filtru wejściowego falownika. W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań eksperymentalnych potwierdzających pełną skuteczność proponowanego rozwiązania.

   This article discusses the issue of a new voltage modulation algorithm which has been validated in the transistor fault tolerant induction motor drive system with the direct torque control. The presented solution allows to stabile operation of the motor drive system in a case of a semiconductor open-circuit fault in a voltage inverter, with no regard for a level of a load and speed of the drive. The applied power converter fault-tolerant method relies on a fast transistor defect detection and an inverter control low modification. As opposed to known from a literature survey methods, the presented voltage modulation algorithm ensures a minimizing of motor electromagnetic torque ripples and simultaneously eliminates a risk of the drive stoppage, which is a result of a discharge of the a group of the DC-link capacitors. In the article, the chosen experimental results, that confirm a full method’s effectiveness, are presented.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

2. Marcin MORAWIEC, Arkadiusz LEWICKI, Zbigniew KRZEMIŃSKI [24]    

   Obserwator prędkości kątowej wirnika maszyny indukcyjnej klatkowej oparty na metodzie backstepping ze ślizgowymi funkcjami przełączającymi

   Speed observer of induction machine based on backstepping and sliding mode approaches

   W artykule przedstawiono strukturę obserwatora prędkości kątowej wirnika, która jest oparta na rozszerzonym modelu matematycznym maszyny indukcyjnej klatkowej. Funkcje stabilizujące obserwator uzyskano na podstawie metody backstepping. Ponadto zastosowano ślizgowe funkcje przełączające. Przedstawiono badania eksperymentalne.

   The speed observer structure of induction machine in which is based on extended induction machine model is presented in this paper. Stabilizing functions are obtained by using the backstepping approach. Furthermore the sliding mode control law is used. The experimental results are presented.

3. Adam SOŁBUT [25]    

   Ocena stanu układu napędowego z silnikiem klatkowym przy nieznanej częstotliwości napięcia zasilającego

   Squirrel-cage motor drives state estimation with unknown supplying voltage frequency

   Współczesne układy napędowe z silnikami indukcyjnymi często wykorzystują algorytmy sterowania pracą przekształtników częstotliwości metodami, w których nie jest znana wartość częstotliwości napięcia zasilającego. Wartość chwilowa prądu i napięcia wymuszona jest przez zadaną wartość prędkości kątowej, momentu obciążenia oraz stan silnika. Algorytmy te mogą powodować, że uszkodzenie klatki nie musi mieć wpływu na kształt prądu silnika. W takich przypadkach do oceny stanu można wykorzystać przebieg napięcia zasilającego silnik. Konieczne jest, w takim przypadku, wyznaczenie wartości częstotliwości jego podstawowej harmonicznej. W niniejszym artykule przedstawiono propozycje algorytmów umożliwiających wyznaczenie współczynników prędkości i oceny stanu oraz częstotliwości napięcia zasilającego na podstawie analizy przebiegu ruchomych wartości skutecznych prądu lub napięcia silnika.

   Modern motor drives with induction motors use voltage inverters with such control algorithms, in which supplying voltage frequency is various and unidentified. Transient current’s and voltage’s value is forced by rotary speed, load torque and state of motor. Those control algorithms may cause that rotor cage damage doesn’t affect on motor current waveform. In those cases, supplying voltage waveform can be used for motor drive state estimation. Determination of the first harmonic of the supplying voltage frequency is also necessary. Proposition of algorithms providing state estimation factors determination and supplying voltage frequency estimation basing on motor’s currents and voltages moving RMS values waveforms is presented in the paper.

4. Kamil KLIMKOWSKI [53]    

   Układ sterowania wektorowego silnikiem indukcyjnym odporny na uszkodzenia przetwornika prądu stojana

   Stator current sensor fault tolerant vector control of induction motor drive

   Artykuł związany jest z tematyką układów napędowych o zwiększonym stopniu bezpieczeństwa odpornych na uszkodzenia przetworników prądu stojana. W niniejszej pracy zaproponowano dwa algorytmy diagnostyczne, oparte na zależnościach analitycznych pomiędzy dostępnymi sygnałami. Sprawdzono ich skuteczność w przypadku wystąpienia różnych typów awarii czujników. W badaniach eksperymentalnych wykorzystano układ napędowy z silnikiem indukcyjnym sterowany metodą polowo zorientowaną na stanowisku laboratoryjnym wyposażonym w kartę szybkiego prototypowania DS12012 i platformę MicroLabBox firmy dSpace.

   The paper is related to the electrical motor drive systems with increased level of safety tolerant to stator current transducer faults. In the paper two diagnostic algorithms based on analytical relations between different available signals are presented and described. An analysis of the performance of these detection systems for selected types of faults is performed and presented. Experimental results of fault tolerant induction motor drive controlled by field oriented control system DRFOC were obtained in laboratory set up based on rapid prototyping card DS1202 and MicroLabBox platform by dSpace.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

Sesja   C3    Przekształtniki II.     Przew.: dr hab. Marcin Jarmut

1. Piotr LEGUTKO [13]    

   Falownik klasy E (30 MHz, 300 W) z niskostratnym drajwerem hybrydowym

   The Class E Inverter (30 MHz, 300 W) with Low-Losses and Fast Switching Hybrid Driver for DE Series MOSFET Transistors

   W artykule przedstawiono realizację, analizę właściwości i badania eksperymentalne nowego typu niskostratnego drajwera hybrydowego dedykowanego dla tranzystorów MOSFET mocy serii DE pracujących w falowniku klasy E (30 MHz, 300 W). Nowa konstrukcja drajwera została wykonana w postaci obwodu drukowanego na płytce PCB o podłożu aluminiowym (ang. thermal clad) z wykorzystaniem dostępnych dyskretnych elementów małej mocy. Część połączeń została wykonana za pomocą tzw. bondingu kulkowego, drutem miedzianym o średnicy 75 μm, co znacząco wpłynęło na zmniejszenie gabarytów obwodu PCB. W ramach pracy drajwer hybrydowy został przebadany pod kątem strat mocy, czasów przełączeń i propagacji, a otrzymane wyniki badań zestawiono z badaniami przeprowadzonymi dla drajwerów scalonych dostępnych w sprzedaży. Nowoopracowana konstrukcja drajwera charakteryzuje się stratami mocy wynoszącymi 18 W, maksymalną częstotliwością pracy 30 MHz, czasami przełaczeń ok. 1 ns oraz niskim kosztem wykonania.

   This paper presents performance, property analysis, and experimental research of a new low-losses Hybrid Driver for DE-Series MOSFET power transistors. The new driver can operating in (30MHz, 300W) high-frequency class E inverter. The new hybrid driver design has been developed as a PCB circuit on a thermal clad technology with the use of discrete low power components. In the project tested three integrated drivers IXYS Corporation and additionally two discrete drivers and one hybrid driver have been designed. Additionally, in this paper presents characteristic power input by the drivers (fig. 5) for three operating states: at idle, at capacitance load 3 nF and at gate MOSFET 501N16A load. Also in this paper presents voltage waveforms (fig. 6) and pictures of the thermal camera. At the end presents the measurements of parasitic parameters (inductances LDR, capacities COUT and resistances RDR), switching and propagation times for all drivers.

   (Artykuł zgłoszony do konkursu młodych naukowców)

2. Marcin ZYGMANOWSKI, Jarosław MICHALAK, Michał JELEŃ [27]    

   Poprawny pomiar prądu nieciągłego w przekształtniku DC/DC typu BOOST

   Correct input current measurement of DC/DC boost converter operating in discontinuous conduction mode

   W artykule przedstawiono analizę dotyczącą problemu pomiaru nieciągłego prądu w pojedynczym i podwójnym przekształtniku typu BOOST sterowanym mikroprocesorowo. Podczas pracy z nieciągłymi prądami dławików mierzona wartość prądu wejściowego przekształtnika różni się względem rzeczywistej wartości średniej tego prądu. W artykule przedstawiono analizę przyczyn powstawania tej różnicy i zaproponowano wprowadzenie współczynnika korygującego wartość prądu w oparciu o mierzone wartości napięcia wejściowego i wyjściowego oraz wartość wypełnienia. Analizę zweryfikowano za pomocą badań laboratoryjnych.

   The paper shows the issue of the input current measurement in single-stage and two-stage boost converter with the microcontroller based modulation. During the discontinuous conduction mode the measured value of the input current differs from the real average value of this current. In the paper the origin of such difference is theoretically explained with introduction of correcting coefficient which is based only on the input and the output voltages and actual duty cycle. The theoretical analysis is verified by experimental results.

3. Zbigniew WARADZYN, Robert STALA, Aleksander SKAŁA, Andrzej MONDZIK, Adam PENCZEK [51]    

   Układ powielacza napięcia w technice przełączanych kondensatorów o zredukowanych kosztach - badania eksperymentalne i studium wykonalności

   A Cost-Effective Resonant Switched-Capacitor DC-DC Boost Converter - Experimental Results And Feasibility Model

   W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych rezonansowego przekształtnika DC-DC w technice przełączanych kondensatorów o ograniczonej liczbie aktywnych łączników (CESCVM – Cost-Effective Switched Capacitor Voltage Multiplier). W procesie ładowania przełączanych kondensatorów przekształtnik wykorzystuje tylko jeden aktywny łącznik i wymaganą ilość diód. Dzięki temu koszt przekształtnika jest zredukowany względem klasycznego powielacza napięcia z uwagi na mniejszą ilość łączników i ich obwodów bramkowych oraz mniejszą ilość wymaganego miejsca na płytce drukowanej. Przekształtnik CESCVM charakteryzuje się też prostszym sterowaniem i większą niezawodnością. Artykuł przedstawia oryginalne wyniki pomiarów eksperymentalnych układu dotyczących weryfikacji działania układu. Omówiono także koncepcję zasilania typu bootstrap układów bramkowych łączników o zmiennym potencjale źródła.

   This paper presents results of experimental research of a resonant switched capacitor voltage multiplier in a cost-effective topology (CESCVM) with a limited number of active switches. In the charging mode of the switched capacitors, the converter utilizes one active switch only and a required number of diodes. Therefore, the cost of the converter is decreased compared with that of a classical SCVM converter, owing to a lower number of the switches and gate driver circuits, as well as a smaller PCB area. Moreover, the CESCVM has simpler control circuits and higher reliability. This paper presents original experimental results of the operation of the CESCVM converter. A concept of the boostrap supply of the gate drivers of the flying switches is also examined.

4. Michał KRYSTKOWIAK, Łukasz CIEPLIŃSKI, Michał GWÓŹDŹ [61]    

   Zasilacz UPS z funkcją aktywnej kompensacji mocy biernej i mocy odkształcenia

   Uninterruptible power supply UPS with active compensation of reactive and distortion power

   W artykule zaprezentowano rozwiązanie jednofazowego zasilacza UPS, który oprócz funkcjonalności typowej dla tego typu urządzeń odznacza się dodatkowo możliwością aktywnej kompensacji przesunięcia fazowego i wyższych harmonicznych generowanych przez inne odbiorniki dołączone do tego samego węzła sieci elektroenergetycznej. W artykule zaprezentowano model opracowanej przez autorów części sterującej oraz silnoprądowej zasilacza UPS o strukturze typu VFI. W celu weryfikacji skuteczności działania proponowanego rozwiązania przedstawiono wybrane wyniki badań modelu symulacyjnego układu dla różnych warunków pracy.

   The article presents the solution of the single phase Uninterruptible Power Supply (UPS), which except for a typical functionality for this kind of equipment, is distinguished by active compensation of a shift phase and higher harmonics, which are generated by other receivers, being connected to the same power network. The elaborated power circuit and also the control system of the presented UPS with VFI structure were described. In order to verify the effectiveness of the proposed solution, the chosen results of the simulation research is also shown.

Sesja   A4    Regulacja - Estymacja - Sterowanie IV.     Przew.: dr hab. Arkadiusz Lewicki

1. Piotr J. SERKIES [15]    

   Implementacja wybranych regulatorów prędkości napędu z połączeniem sprężystym na sterowniku PLC

   Implementation of selected speed regulators of the drive with elastic coupling on the PLC controller

   W referacie przedstawiono zagadnienia związane z implementacją zaawansowanych struktur sterowania napędami z połączeniem sprężystym na sterowniku programowalnym PLC. W kolejnych rozdziałach przedstawiono model matematyczny oraz opisano implementację proponowanych struktur sterowania. Do rozważań przyjęto regulator PI z dodatkowymi sprzężeniami oraz predykcyjny. Przeanalizowano również ich wpływ na obciążenie sterownika. Wszystko podsumowują wszechstronne badania eksperymentalne.

   The paper presents issues related to the implementation of advanced control structures of drive with elastic coupling on the PLC programmable controller. The following chapters show the mathematical model of the drive and describe the implementation of the proposed control structures. For consideration, a PI regulator with additional feedback and predictive controller was used. Their impact on the load of CPU has also been analyzed. Everything summarizes the comprehensive experimental research.

2. Tomasz PAJCHROWSKI, Adrian WÓJCIK [17]    

   Kompensacja momentu zaczepowego w napędzie z silnikiem PMSM z wykorzystaniem sterowania z uczeniem iteracyjnym

   Cogging torque compensation in PMSM drive using ILC

   W pracy przedstawiono zagadnienie nierównomierności prędkości kątowej w napędzie z silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych. Omówiono przyczyny powstawania tętnień momentu silnika. Zaproponowano strukturę sterowania silnikiem PMSM w osiach dq wyposażoną w kompensator neuronowy momentu zaczepowego. Wprowadzono nadrzędny układ uczenia iteracyjnego. Uczenie iteracyjne realizowane jest na podstawie estymacji momentu zaczepowego, przeprowadzonej na bazie interpolacji funkcjami sklejanymi. Dokonano symulacyjnej weryfikacji koncepcji kompensacji.

   This paper presents the problem of rotational speed unevenness in direct drives with permanent magnet synchronous motors. The causes of the motor torque ripples are discussed. Proposed PMSM control structure in dq axes is equipped with a neural compensator of cogging torque. Introduced iterative learning control was based on the estimation of the cogging torque and spline interpolation. The compensation concept was examined by simulation.

3. Mateusz KORZONEK, Teresa ORŁOWSKA-KOWALSKA, Grzegorz TARCHAŁA [62]    

   Zastosowanie emulacji analogowej do dyskretnej realizacji prądowego estymatora prędkości silnika indukcyjnego MRASCC

   Application of analog emulation to discrete realization of current estimator of induction motor speed MRASCC

   W artykule przedstawiono analizę estymatora MRASCC po dyskretyzacji z zastosowaniem trzech podstawowych metod całkowania numerycznego, które zostały szczegółowo omówione. Wykonana została teoretyczna analiza porównawcza stabilności trzech dyskretnych postaci estymatora MRASCC. Cała analiza została poparta wynikami badań symulacyjnych w szerokim zakresie zmian prędkości układu napędowego z silnikiem indukcyjnym sterowanym metodą polowo-zorientowaną, przy różnych wartościach kroku dyskretyzacji.

   In the article the analysis of estimator MRASCC after discretization through three basic methods of numerical integration, which was widely discussed, was presented. The theoretical comparative analysis of three discrete form of the MRASCC estimator was made. Entire analysis was validated by simulation results in wide range of speed variation of induction motor drive which was controlled by field - oriented method, for various value of discretization step.

4. Rafał PIOTUCH [64]    

   Zmodyfikowany regulator prądu typu Dead-Beat silnika synchronicznego z magnesami trwałymi

   Modified Dead-Beat type current control for PMSM

   W artykule omówiono regulator prądu typu Dead-Beat oraz podano przykładowe wyniki badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych. Badanym obiektem był 6-biegunowy silnik synchroniczny małej mocy z magnesami zagnieżdżonymi w wirniku. Praktyczną implementację układu regulacji zrealizowano z wykorzystaniem gotowego falownika wykorzystującego procesor z rodziny F28xx firmy Texas Instruments. Badania symulacyjne i eksperymentalne wykazały bardzo dużą zbieżność i poprawne działanie regulatora prądu.

   Paper discusses Dead-Beat current controller and gives selected simulation and experimental results. Tested object was a 6-pole permanent magnet synchronous motor with embedded magnets inside rotor. Implementation of control system was done with set Inverter equipped with processor from F28xx family form Texas Instruments. Simulation and experimental results showed great correspondence and correct work of presented controller.

Sesja   B4    Energetyka.     Przew.: dr hab. Adam Sołbut

1. Ryszard STRZELECKI, Wojciech MATELSKI, Valentin TOMASOV [14]    

   Hybrydowy bezstopniowy transformator dystrybucyjny z czterokwadrantowym przekształtnikiem AC/DC/AC po stronie niskiego napięcia – badania symulacyjne

   Hybrid stepless distribution transformer with four-quadrant AC/DC/AC converter at low voltage side - simulation tests

   W artykule opisano działanie bezstopniowego hybrydowego transformatora dystrybucyjnego (HT), jako alternatywę dla dotychczas stosowanych rozwiązań AVR (Automatic Voltage Regulator), służących do kontroli poziomu napięcia w systemie elektroenergetycznym w zakresie podstawowej harmonicznej. Układ HT to połączenie konwencjonalnego transformatora dystrybucyjnego oraz przekształtnika AC/DC/AC włączonego w szereg z uzwojeniem wtórnym transformatora. W pracy przedstawiono podstawowy algorytm sterowania przekształtnikiem AC/DC/AC jako szeregowe źródło napięcia dodawczego w układzie badanego HT. Artykuł zawiera wstępne wyniki badań symulacyjnych modelu opracowanego w programie PSIM.

   The article presents the work of the stepless hybrid distribution transformer (HT), as an alternative to the so far applied Automatic Voltage Regulator (AVR) solutions, used to control the voltage in the power system in terms of the fundamental harmonic. The HT is a combination of a conventional distribution transformer and an AC/DC/AC converter connected in series with the transformers secondary winding. In the work the basic control algorithm of the AC/DC/AC converter operated as a series connected additive voltage source in the HT system, has been described. The article contains the preliminary results of computer simulation studies of the model elaborated in PSIM.

2. Zbigniew KACZMARCZYK, Krystian FRANIA, Krzysztof BODZEK, Adam RUSZCZYK [19]    

   Metody zwiększania odległości bezprzewodowego przesyłu energii elektrycznej rezonansowych kaskad cewek

   Methods for increasing a distance of wireless electrical energy transfer of resonant cascades of magnetically coupled coils

   W artykule scharakteryzowano wybrane właściwości rezonansowych kaskad cewek sprzężonych magnetycznie realizujących bezprzewodowy przesył energii elektrycznej. Przedstawiono metody umożliwiające zwiększanie odległości bezprzewodowego przesyłu energii elektrycznej bez konieczności ponownego doboru parametrów układu. Zaprezentowane metody zostały zilustrowana przykładem oraz zweryfikowane eksperymentalnie: metoda „bezprzewodowa” – 13 płaskich cewek o średnicy zewnętrznej 15 cm, odległość przesyłu 80 cm, częstotliwość pracy 300 kHz, moc wyjściowa 100 W, sprawność 85,9%; metoda „przewodowa” – 14 płaskich cewek o średnicy zewnętrznej 15 cm, łączna odległość przesyłu 80 cm, częstotliwość pracy 300 kHz, moc wyjściowa 100 W, sprawność 83,5%.

   The paper describes selected properties of resonant cascades composed of magnetically coupled coils and designed for wireless electrical energy transfer. Methods for increasing a distance of wireless electrical energy transfer without having to re-select the system parameters was proposed. The methods were illustrated by an example and verified experimentally: „wireless” method – 13 flat coils with outer diameter of 15 cm, transfer distance of 80 cm, operating frequency of 300 kHz, output power of 100 W, efficiency of 85,9%, „wire” method – 14 flat coils with outer diameter of 15 cm, total transfer distance of 80 cm, operating frequency of 300 kHz, output power of 100 W, efficiency of 83,5%.

3. Jacek KANIEWSKI [48]    

   Transformator hybrydowy z dwubiegunowym przekształtnikiem AC/AC bez magazynu energii DC

   The hybrid transformer with a bipolar AC/AC converter without DC energy storage

   Artykuł przedstawia transformator hybrydowy (TH) z dwubiegunowym przekształtnikiem AC/AC do łagodzenia wahań napięcia, zapadów i przepięć w systemie elektroenergetycznym. Proponowane rozwiązanie charakteryzuje się szerokim zakresem sterowania napięcia i dobrą dynamiką. Ponadto zapewnia separację galwaniczną pomiędzy źródłem a obciążeniem. W artykule zamieszczono opis działania układu TH oraz wyniki badań eksperymentalnych modelu laboratoryjnego o mocy 1 kVA, pracującego w zamkniętej pętli sterowania.

   This paper presents a hybrid transformer (HT) with a bipolar AC/AC converter to mitigate voltage fluctuation, voltage sag and swell in AC power grid. Proposed solution is characterized by a wide range of voltage control and good dynamics. Moreover provides galvanic separation between source and load. The article describes the operation principle of the HT and the results of experimental research of a 1 kVA laboratory model operating in closed control loop.

4. Szymon WERMIŃSKI, Grzegorz BAZYDŁO [60]    

   Zarządzanie energią w ramach Infrastruktury Sieci Domowej z użyciem układów FPGA

   Energy management with the use of home Energy Management System implemented in FPGA)

   Artykuł prezentuje podejście do przesuwania obciążeń w systemie elektroenergetycznym, z użyciem Infrastruktury Sieci Domowej (ISD) zainstalowanej u końcowego odbiorcy. Algorytm wykonywany przez sterownik jest modelowany za pomocą języka UML (Unified Modeling Language), przekształconego do języka opisu sprzętu Verilog i finalnie zaimplementowanego w układzie FPGA. Zaletą proponowanego rozwiązania jest możliwość dynamicznej zmiany algorytmu, relatywnie niski koszt redukcji i niewielki dyskomfort użytkownika spowodowany pracą systemu.

   The paper presents an approach to load shifting with the use of home Energy Management System (EMS) installed at small end-user. The home energy management algorithm, executed by EMS controller, is modeled using Unified Modeling Language (UML). Then, the UML model is translated into hardware description language (Verilog) description, and is finally implemented in the Field Programmable Gate Array. The advantages of the proposed approach are the convenient maintenance of EMS, the relatively low cost of reduction service and small loss of end- user comfort.

Sesja   C4    Przekształtniki III.     Przew.: dr hab. Robert Stala

1. Marcin KASPRZAK, Krzysztof PRZYBYŁA [28]    

   Porównanie falowników klasy D-ZVS 300 kHz do nagrzewania indukcyjnego z tranzystorami MOSFET na bazie Si oraz SiC

   Comparison of 300 kHz Class D-ZVS inverters for induction heating with MOSFET transistors based on Si and SiC

   W artykule przedstawiono wyniki porównania falowników klasy D-ZVS, 300 kHz i mocy ok. 20 kW. Falowniki zbudowano na tranzystorze CAS120M12BM2 (SiC, 138 A) oraz 5-ciu równolegle połączonych tranzystorach IXFN 44N80P (Si, 5x25 A). Falownik z SiC MOSFET w porównaniu do 5xSi MOSFET uzyskuje (8-26)% wyższą moc wyjściową, sprawność jest o 2% wyższa, moc sterowania obwodu bramkowego jest 2,5 razy niższa. Równoległe połączenie kilku Si MOSFET jest dopuszczalne w przypadku dużej mocy falownika, ok. 20 kW lub większej.

   Comparison results of 300 kHz, 20 kW Class D-ZVS inverters are presented in the paper. Inverters were based on CAS120M12BM2 (SiC, 138 A) transistor and 5 parallel placed IXFN 44N80P (Si, 5x25 A) transistors. The inverter with SiC MOSFET in comparison with 5xSi MOSFET achieves (8-26)% higher output power, higher efficiency by 2% and gate circuit power losses are 2. 5 times lower. The parallel placement of several Si MOSFET transistors is acceptable in the inverter of high power, 20 kW or more.

2. Kamil KIEREPKA, Piotr LEGUTKO, Marcin KASPRZAK [33]    

   Problematyka komutacji nieoptymalnych w pojedynczym szeregowym dwuczęstotliwościowym jednoczesnym falowniku do nagrzewania indukcyjnego

   Single series simultaneous dual frequency inverter for induction heating, hard switching operation issue

   W artykule przedstawiono falownik napięciowy o strukturze półmostka wraz z szeregowym obwodem rezonansowym jako układ testowy do pracy podczas komutacji twardych. Dokonano pomiarów dla trzech typów tranzystorów MOSFET o zbliżonych parametrach prądowo-napięciowych. Wykazano możliwość pracy z dużą sprawnością falownika opartego o tranzystory SiC MOSFET przy komutacjach twardych D→sT.

   The paper presents half bridge, voltage source inverter with series RLC, as a hard switching test circuit. Three types of similar (voltage-current class) MOSFET transistors were implemented and measured. The conducted research proved the possibility of highly efficient operation of hard switching D→sT inverter based on SiC MOSFET.

3. Michał GWÓŹDŹ [47]    

   Szerokopasmowe energoelektroniczne sterowane źródło napięcia ze stopniem mocy bazującym na tranzystorach GaN

   Broadband power electronics controlled voltage source with output stage based on GaN transistors

   W pracy zaprezentowano energoelektroniczne sterowane źródło napięcia ze zmodyfikowanym modulatorem sigma-delta w bloku sterowania. Modulator zawiera komparator z dynamiczną pętlą histerezy zamiast, typowo stosowanego, komparatora „zatrzaskowego”. Dzięki temu rozdzielczość sygnału wyjściowego modulatora jest, teoretycznie, nieskończona. Z powodu znacznej wartości częstotliwości strumienia bitowego na wyjściu modulatora, w bloku wykonawczym użyto tranzystorów GaN. Planowanym polem zastosowań źródła napięcia jest sprzęt do testowania urządzeń elektrycznych dużej mocy. W pracy przedstawiono zasadę działania źródła oraz przedstawiono wybrane wyniki badań jego modelu symulacyjnego.

   The work presents the power electronics controlled voltage source (VCVS) with a modified sigma-delta modulator (SDM) in the control section. The modulator includes an analog comparator with dynamic hysteresis instead of a latched comparator, being typically used in single-bit SDMs. Thank to this feature a resolution of the SDM output signal is, theoretically, unlimited. Due to very high frequency of the SDM output bit stream in the power stage of VCVS the GaN transistors are used. Planned field of application of the converter is an Automated Test Equipment (ATE). In the work the converter’s operation basics and selected results of its simulation model studies are presented.

4. Maciej SWADOWSKI, Krzysztof ZYGOŃ, Andrzej JĄDERKO [59]    

   Wysokoczęstotliwościowy przekształtnik z obwodami rezonansowymi pracującymi z wielokrotnością częstotliwości przekształtnika na przykładzie zastosowania w nagrzewnicach indukcyjnych

   High-frequency converters with resonant circuits working with multiple converter frequency on an example of use in induction heaters

   Niniejszy artykuł opisuje koncepcję obwodu rezonansowego pracującego z nieparzystą wielokrotnością częstotliwości przekształtnika w aplikacji wysokoczęstotliwościowej nagrzewnicy indukcyjnej. Przedstawiono nagrzewnicę o częstotliwości pracy 5 MHz, zbudowaną w oparciu o tranzystory w technologii węglika krzemu SiC.

   This paper deals with concept of resonant circuit operating with odd multiply frequency of converter in application of high frequency induction heater. 5 MHz induction heater based on modern silicon carbide transistors are shown.

Sesja   A5    Regulacja - Estymacja - Sterowanie V.     Przew.: dr hab. Marcin Morawiec

1. Piotr DERUGO [2]    

   Adaptacyjny regulator rozmyty typu II z warstwą tranzycji na potrzeby regulacji prędkości silnika obcowzbudnego

   Adaptive Fuzzy PID Type II DC Shunt Motor Speed Controller with Petri Transition Laye

   W pracy analizuje się możliwość użycia rozmytego regulatora PID o funkcjach aktywacji typu II z warstwą tranzycji w charakterze regulatora prędkości silnika obcowzbudnego. Duża liczba operacji matematycznych potrzebnych do wyznaczenia sterowania ze względu na wysoki wymiar i obecność funkcji rozmytych typu II może spowodować niemożność implementacji takiego algorytmu na prostych mikroprocesorach. Zastosowanie warstwy tranzycji Petriego pozwala na ograniczenie liczby operacji matematycznych w każdej iteracji algorytmu, co powinno umożliwić implementację rozwiązania na obiekcie. Niniejszy artykuł ma na celu wykazanie możliwych korzyści takiego połączenia. Na potrzeby badań ANFT2C został zamodelowany w środowisku Matlab Simulink. Wymieniony system jest wykorzystywany jako regulator prędkości silnika obcowzbudnego w strukturze kaskadowej. System został modelowany przy użyciu biblioteki SimPowerSystems. W artykule przedstawiono zarówno ideę warstwy tranzycji Petriego, jak i wynikające z jej zastosowania korzyści. Przeanalizowano i porównano możliwe zmiany w parametrach funkcji rozmytych T2 i ich wpływ na proces sterowania. W ostatniej części artykułu przedstawiono zalety i przyszłe kierunki badań.

   This paper analyzes the possibility of using a fuzzy PID controller with type II membership functions and transition layer as a speed controller of an electric DC shunt motor. The high number of mathematical operations required to determine output control value due to the high dimensionality and presence of type II fuzzy functions may make it impossible to be implemented on low cost microchips. Usage of the Petri transition layer allows to limit the number of math operations in each iteration of the algorithm so that the solution can be implemented on the object. The aim of this paper is to demonstrate the possible benefits of such combination. For research purpose, Matlab Simulink model has been created. Considered controller is used in the motors speed control loop. The whole control system is traditional cascade structure. The system was modeled using the SimPowerSystems library. The article presents both the idea of Petri transition layer and the benefits resulting from its application. The possible changes in fuzzy type II function parameters and their influence on the control process were analyzed and compared. The last part of the paper presents the advantages of system and possible directions of research.

2. Marcin KAMIŃSKI [3]    

   Algorytm GWO zastosowany w optymalizacji adaptacyjnego regulatora neuronowo-rozmytego układu dwumasowego

   The GWO algorithm applied for optimization of adaptive neuro-fuzzy controller used for two-mass system

   Publikacja przedstawia aplikację adaptacyjnego regulatora neuronowo-rozmytego w sterowaniu układem dwumasowym. W trakcie wyznaczania poprawek dla przestrajanego modelu wykorzystano dodatkowy predyktor neuronowy. Struktura sterowania zawierająca opisywany regulator charakteryzuje się wysoką dynamiką oraz szybką reakcją na zmiany parametrów obiektu. Jednak w etapie projektowania, występuje konieczność wyznaczania stałych algorytmu adaptacyjnego, trudnych do jednoznacznego opisania zależnościami matematycznymi. W przedstawionym zadaniu zastosowano algorytm GWO (Grey Wolf Optimizer). Artykuł zawiera opis kolejnych etapów przetwarzania w trakcie optymalizacji oraz uzyskane wyniki badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych.

   This article presents application of adaptive neuro-fuzzy controller for two-mass system. Updates of weights are calculated based on signal from additional neural predictor. High dynamic of control structure with proposed model and fast reaction against changes of plant parameters are observed. However, design process needs selection of learning coefficients used in calculations of adaptive law. Mathematical representation of those parameters is difficult. For this purpose GWO (Grey Wolf Optimizer) is implemented. Paper contains description of several stages of optimization and obtained results.

3. Andrzej GAŁECKI, Marek MICHALCZUK, Arkadiusz KASZEWSKI, Bartłomiej UFNALSKI, Lech M. GRZESIAK [26]    

   Optymalizacja rojem czą̨stek regulatora liniowo-kwadratowego z członami oscylacyjnymi dla trójfazowego przekształtnika sieciowego

   Particle swarm optimization of the multioscillatory LQR for a three-phase grid-tie converter

   Artykuł prezentuje optymalizację ewolucyjną liniowo-kwadratowego regulatora prądu dla trójfazowego przekształtnika sieciowego z filtrem wejściowym typu L. Układ regulacji prądu jest wyposażony w człony oscylacyjne co pozwala na kształtowanie niemal sinusoidalnych i symetrycznych prądów wejściowych w warunkach występowania wyższych harmonicznych i asymetrii napięć sieci. Rozszerzenie wektora stanu o dodatkowe stany opisujące dynamikę zakłóceń zwiększa liczbę wag, które należy dobrać dla funkcji celu ujętej w procedurze projektowania LQR. Dlatego zaproponowano dobór optymalnych współczynników wagowych przy użyciu optymalizacji metodą roju cząstek. Finalnie zostały omówione strojenie symulacyjne na modelu liniowym oraz weryfikacja numeryczna na modelu nieliniowym z modulatorem szerokości impulsów.

   This paper presents an evolutionary optimization of the linear-quadratic (LQ) current controller for a three-phase grid-tie voltage source converter with an L-type input filter. The current control system is equipped with multi-oscillatory terms, which enable the converter to obtain nearly sinusoidal shape and balanced input currents under unbalanced and distorted grid voltage conditions. The augmentation of the state vector to include additional states which describe dynamics of disturbances increases the number of weights to be selected for a cost function in the LQR procedure design. Therefore, it is proposed that optimal weighting factors are sought using particle-swarm-based method. Finally, the simulational tuning based on the linear model and the numerical verification based on a non-linear model of the system with a pulse width modulator are addressed.

4. Tomasz TARCZEWSKI, Michał SKIWSKI, Lech M. GRZESIAK, Marek ZIELIŃSKI [37]    

   Sterowanie bazujące na sprzężeniu od wektora zmiennych stanu z ograniczeniami serwonapędem z silnikiem PMSM

   Constrained state feedback control of PMSM servo-drive

   W artykule przedstawiono syntezę regulatora bazującego na sprzężeniu od wektora zmiennych stanu z ograniczeniami sterującego serwonapędem. Do wyznaczenia współczynników wzmocnień regulatora zastosowano algorytm optymalizacyjny sztucznej kolonii pszczół. Przedstawiono metodę wprowadzenia ograniczeń do regulatora bazującą na dyskretnych równaniach predykcyjnych. Opracowany algorytm regulacji zaimplementowano w prototypowym serwonapędzie z tranzystorami mocy SiC MOSFET i przeprowadzono testy na stanowisku laboratoryjnym.

   In this paper, synthesis of constrained state feedback controller for servo-drive is presented. Gain coefficients of the controller were obtained by using an artificial bee colony based optimization algorithm. Constraints handling method that is based on discrete predictive equations has been proposed. Designed control algorithm has been implemented in a prototype servo-drive with SiC MOSFET power transistors and experimentally verified.

Sesja   B5    Materiały w energoelektronice.     Przew.: dr Radosław Jeż

1. Wojciech PLUTA [23]    

   Obliczanie strat mocy w blachach elektrotechnicznych z uwzględnieniem anizotropii magnetycznej

   Calculating power loss in electrical steel taking into account magnetic anisotropy

   Przy projektowaniu rdzeni magnetycznych należy wziąć pod uwagę zjawisko anizotropii magnetycznej i wpływ częstotliwości magnesowania na właściwości magnetyczne blach elektrotechnicznych. Stratności blach przy przemagnesowaniu pod różnymi kątami do kierunku walcowania (RD) zmierzono przy użyciu niestandardowego aparatu SST. Przeprowadzono analizę zależności między składowymi histerezową, a dodatkową wiroprądową oraz anizotropią magnetyczną. Celem niniejszego artykułu jest zaproponowanie metody obliczenia strat mocy z uwzględnieniem zjawiska anizotropii magnetycznej i częstotliwości przemagnesowania.

   At design of magnetic cores it is necessary to take into account magnetic anisotropy and magnetizing frequency influence on magnetic properties of ES. The determination of the specific power loss separation of ES at different angles to rolling direction (RD) has been performed using non-standard single sheet tester (SST). The relationship between the hysteresis and additional eddy current loss components and the magnetic anisotropy was analyzed. The aim of this paper is to propose a method of calculating power losses taking into account the phenomenon of magnetic anisotropy and the magnetization frequency.

2. Filip GRECKI, Paweł ALOSZKO, Radosław JEŻ [50]    

   Układ pomiarowy/detekcji prądu stałego dla falowników silnoprądowych – kompensacja strumienia prądu przemiennego w pomiarowym obwodzie magnetycznym

   Current detection/measurement system dedicated for high current power converters – compensation of alternating flux in magnetic circuit

   Artykuł przedstawia układ pomiarowy prądu umożliwiający pomiar niskiej wartości prądu stałego w obecności dużo większej składowej przemiennej. Zaprezentowano ideę układu oraz wyniki laboratoryjne pomiarów zbudowanego układu. Zaprezentowany układ daje możliwość pomiaru prądu stałego DC na poziomie miliamperów w obecności prądu przemiennego AC o amplitudzie rzędu kiloamperów

   The article presents a measurement system enabling low DC current measurement over imposed on high AC current. The presented idea was realized and verified with laboratory measurements. The described current measurement system allows to measure mA DC currents in presence of kA AC amplitude.

3. Krzysztof PRZYBYŁA, Marcin KASPRZAK [55]    

   Wpływ obudowy tranzystora SiC MOSFET na sprawność energetyczną falownika klasy DE z pasma 13,56 MHz

   Influence of transistor’s case on efficiency of Class DE inverter from 13. 56 MHz band

   W artykule przedstawiono wyniki pomiarów falownika klasy DE 12 MHz z tranzystorami SiC MOSFET C3M0120090 (900 V, 22 A, 120 mΩ). Pomiarów falownika dokonano dla dwóch wersji tranzystorów, z obudową TO-247 i D2PAK-7. Badania wykazały, że tranzystory w obudowie D2PAK-7 umożliwiają uzyskanie wyższej sprawności niż tranzystory w obudowie TO-247 (dla E=200 V: η_TO-247=68%, η_D2PAK-7=84%). Uzyskane wartości sprawności nie są mniejsze niż opisywane w literaturze.

   Measurement results of 12 MHz Class DE inverter with SiC MOSFET transistors C3M0120090 (900 V, 22 A, 120 mΩ) are presented in the paper. Measurements were done with two versions of transistors, in case TO-247 and D2PAK-7. Laboratory tests showed that transistors in D2PAK-7 case allow to obtain higher efficiency of Class DE inverter than transistors in TO-247 case (for E=200 V: η_TO-247=68%, η_D2PAK-7=84%). Obtained efficiency values are not lower then described in the literature.

4. Grzegorz KMITA, Wojciech WYSOCKI, Andrzej RYBAK, Dariusz SMUGAŁA [58]    

   Wybrane aspekty zastosowań amorficznych materiałów magnetycznych

   Exemplary aspects of the use of amorphous magnetic materials

   Znajomość technologii otrzymywania amorficznych materiałów magnetycznych, jak również procesów wytwarzania z nich obwodów magnetycznych stwarza szerokie możliwości kształtowania właściwości użytkowych oraz dodatkowy potencjał, który może zostać wykorzystany do projektowania i wytwarzania urządzeń o coraz korzystniejszych cechach, zarówno z technologicznego, jaki ekonomicznego punktu widzenia.

   Knowledge of the technology of production of amorphous magnetic materials, as well as of processes of the manufacturing of magnetic circuits, provides a wide range of possibilities for shaping performance as well as additional potential that can be used to design and manufacture devices with increasingly advantageous features, from both technological and economic point of view.

Sesja   C5    Magazyny energii.     Przew.: dr Andrzej Jąderko

1. Andrzej RADECKI, Piotr CHUDZIK [5]    

   Analiza metod sterowania zasobnikiem superkondensatorowym pojazdu trakcyjnego w wybranych stanach pracy sieci trakcyjnej

   The analysis of traction vehicle ultracapacitor control methods in chosen states of traction power grid

   W artykule przedstawiono analizę porównawczą wybranych metod sterowania zasobnikiem superkondensatorowym pojazdu trakcyjnego. Metody te porównano ze względu na stan pracy zasobnika oraz ze względu na efektywność energetyczną przesyłania energii w układzie sieć trakcyjna – zasobnik energii – falownik napędowy. W artykule zaprezentowano wyniki badań symulacyjnych uwzględniających typowe stany pracy zespołu pojazdów trakcyjnych na wyizolowanym odcinku sekcji zasilającej.

   The paper presents a comparative analysis of selected methods of controlling supercapacitor storage of traction vehicle. Chosen control methods were compared due to the condition of the energy storage operation point and to the energy efficiency of the power flow in the traction grid. The article presents the results of the simulations that are taking into account the typical operating conditions of the traction vehicles on an isolated section of the power grid.

2. Monika LIEDKE, Eugeniusz ŁOWIEC, Wojciech MATELSKI, Leszek WOLSKI, Ryszard STRZELECKI [11]    

   Dobór zasobnika hybrydowego na podstawie modeli matematycznych i charakterystyki zmienności obciążenia

   Selection of AHI + SC Hybrid Storage Based on Mathematical Models and Load Variation Characteristics

   Artykuł dotyczy metody projektowania zasobnika hybrydowego złożonego z baterii Aqueous Hybrid Ion (AHI) i modułów superkondensatorowych (SC). Dobór elementów opiera się na znajomości profilu obciążenia zasobnika oraz modeli baterii AHI i superkondensatora SC. W pracy przedstawiono sposób doboru elementów zasobnika złożonego z baterii AHI i modułów superkondensatorowych. W artykule zamieszczono przykład projektu zasobnika hybrydowego przeznaczonego do zasilania elektro-sprzętów gospodarstwa domowego.

   The article deals with the design of a hybrid storage consisting of Aqueous Hybrid Ion battery (AHI) and supercapacitor (SC) modules. The selection of components is based on the knowledge of the load profile of the storage and the AHI battery and supercapacitor models. The paper presents the method of selecting components of the storage made of AHI batteries and supercapacitor modules The article includes an example of the hybrid storage design intended for the supply of household electric appliances.

3. Leszek WOLSKI, Wojciech MATELSKI, Karol SEWERYN, Paweł PAŚKO [46]    

   Superkondensatorowy układ napędowy gruntowego próbnika kosmicznego

   Supercapacitors based driving system for space fast surface sample acquisition system

   Przedstawiony artykuł opisuje koncepcje napędu próbnika gruntowego w kosmicznym środowisku o obniżonym ciążeniu. Zaprezentowano koncepcję konstrukcji oraz układu napędowego z wykorzystaniem superkondensatorów. W artykule umieszczono wyniki prac symulacyjnych oraz eksperymentalnych wybranej metody sterowania.

   The paper presents the idea and implementation of the surface sample acquisition system with drive based on supercapacitors energy storage system in a reduced gravity environment. Selected control algorithms are presented in form of simulation studies and the most suitable is applied and tested experimentally.

4. Arkadiusz KASZEWSKI, Andrzej STRAŚ, Andrzej GAŁECKI, Marek MICHALCZUK, Bartłomiej UFNALSKI, Lech M. GRZESIAK [49]    

   Układ laboratoryjny energoelektronicznego interfejsu sieciowego AC/DC/DC dla magazynu energii

   Laboratory setup of an AC/DC/DC power electronics converter for an energy storage system

   W artykule przedstawiono układy kondycjonera mocy z nadprzewodnikowym magazynem energii oraz zasobnikiem ultrakondensatorowym. Zawarto opis stanowiska laboratoryjnego z energoelektronicznym interfejsem sieciowym dla magazynu energii. W skład interfejsu sieciowego wchodzi trójgałęziowy trójpoziomowy przekształtnik napięcia AC/DC i dwugałęziowy trójpoziomowy przekształtnik napięcia DC/DC. Omówiono metodę wyrównywania napięć w obwodzie pośredniczącym DC. Przedstawiono uniwersalność układu, który może pracować zarówno z ultrakondesatorowym jak i z nadprzewodnikowym magazynem energii, natomiast przekształtniki mogą działać jako trójpoziomowe lub dwupoziomowe. Omówiono zastosowane elektroniczne układy sterowania z mikrokontrolerami TMS320F28335 i matrycą programowalną FPGA.

   The article presents the power conditioner system with superconductor and ultracapacitor energy storage. A description of a laboratory setup of a power electronics interface for the energy storage is included. The grid interface contains a three-level AC/DC converter and a two-branch three-level DC/DC converter. Balancing method of controlling the AC/DC converter and the universality of the DC/DC system are presented. The versatility of the system, which can work both with ultracapacitor and superconductor energy storage, is shown. Power electronics converters can work in a three-level or in a two-level mode. The electronic systems with DSC TMS320F28335 microcontrollers and FPGA have been discussed.

Uwaga: Kolorem niebieskim zaznaczono referaty zgłoszone do konkursu Najlepszego Młodego Autora Sene 2017.