Evaluation of motor current derivatives in order to estimate the rotor angular position in a sensorless PMSM drive

Omówiono problematykę wyznaczania pochodnych prądów silnika synchronicznego z magnesami trwałymi (PMSM). Wyznaczone pochodne mają zastosowanie w specyficznym algorytmie estymacji położenia kątowego wirnika silnika. Wymaga to implementacji złożonego algorytmu pomiarowego w sterowniku mikroprocesorowym napędu. Omówiono podstawowe zasady pomiaru oraz przedstawiono proces strojenia algorytmu pomiarowego. Zaproponowano metodę wyznaczania uśrednionych wartości pochodnych, pozwalającą uzyskać dobrą dokładność estymacji położenia wirnika.The paper describes the process of evaluation of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) current derivatives. The derivatives are evaluated in order to estimate rotor angular position. In currents waveforms of PMSM motor fed by a transistor inverter, current ripples caused by voltage modulation process can be noticed (Fig. 3). Those ripples are featured by near-linear current change during a time period when voltages at motor terminals are constant. Therefore, the derivatives can be estimated by differential quotient (1). The use of current derivatives instead of current values leads to a very simple rotor position estimation formula (3). However, determination of motor current derivatives requires a complex measurement algorithm. The instants of measurements have to be calculated with respect to inverter control signals and current disturbances resulting from transistor switching (Figs. 5, 7). The rules of selection of measurement instants are formulated in Section 5. The proposed measurement algorithm was implemented in an experimental test bench (Fig. 4). The process of tuning the measurement algorithm on a basis of experiments is presented (Figs. 5?8). A novel method based on evaluation of averaged derivatives was introduced. It allows obtaining the good accuracy of rotor angular position estimation

Analysis of rail vehicle motion including an influence of varying voltage on the current collector

W artykule zaproponowano metodykę wykonywania analizy ruchowej pojazdów szynowych, która uwzględnia wpływ zmieniającego się napięcia zasilającego pojazd na jego właściwości ruchowe. Wykorzystując model opracowany w programie Simulink wskazano na istotne różnice w czasie przejazdu oraz w wartościach napięcia zasilającego pomiędzy proponowanym sposobem analizy a powszechnie stosowanym podejściem uproszczonym.The paper proposes a novel approach to analyze a rail vehicle motion, which includes an impact of varying voltage at the current collector on the vehicle’s dynamics. According to present standards, vehicle’s maximal power has to be limited and the value of this limit depends on actual value of vehicle’s supplying voltage. This, in turn, affects vehicle tractive effort and its current consumption. A model reflecting vehicle dynamics as well as its supply parameters was designed in Simulink. By a case study, it was proven that neglecting the impact of vehicle varying supply voltage on vehicle dynamics leads to substantial errors in reflecting both vehicle motion and its supply-related parameters

Automatic test stand for locomotives

W referacie omówiono strukturę zmodernizowanej j automatycznej stacji diagnostycznej lokomotyw. Stacja, wdrożona w Zakładzie Taboru w Gdyni, służy badaniu, regulacji i ocenie stanu wybranych urządzeń lokomotyw elektrycznych oraz spalinowych. Do budowy stacji wykorzystano nowoczesne techniki pomiarowe, mikrokomputerowe oraz telekomunikacyjne. W artykule zawarto opis zastosowanych rozwiązań, przedstawiono zakres prowadzonej diagnostyki oraz perspektywy rozbudowy stacji.The paper describes structure of service station designed for both electric and internal combustion locomotives. The equipment of service station was upgraded to improve accuracy and extend the range of diagnostics. New structure of diagnostic system was introduced with industrial PC-based data acquisition server. Wireless communication between test stands was implemented for greater flexibility and convenience. Most of test procedures run automatically and generates extensive report. The station currently provides diagnostics and adjustment of: current collectors and power circuits overcurrent relays in electric locomotives, Webasto engine heaters and electric couch heating drivers. Other tests stands are under construction

Angular velocity measurement using dedicated quadrature encoder interface

Przedstawiono metodę pomiaru prędkości kątowej z użyciem enkodera kwadraturowego i procesora sygnałowego TMS320F28335 wyposażonego w interfejs enkoderowy eQEP. Omówiono budowę i zasadę działania optoelektronicznego enkodera kwadraturowego. Opisano dwie podstawowe metody enkoderowego pomiaru prędkości kątowej, wskazano ich ograniczenia. Zaproponowano połączenie podstawowych metod, uzyskując metodę łączoną odznaczającą się dużą dokładnością w szerokim zakresie prędkości kątowych. Omówiono moduł enkoderowy eQEP. Przedstawiono sposób doboru parametrów metody uwzględniający ograniczenia procesora oraz rozdzielczość zastosowanego enkodera. Przedstawiono sposób oprogramowania metody w procesorze.The paper describes angular velocity measurement method using quadrature encoder and TMS320F28335 processor equipped with eQEP interface. Optoelectronic quadrature encoder principle of operation is reminded. Two basic methods of angular velocity measurement are discussed and their limitations are emphasized. Mixed angular velocity measurement method is proposed to achieve good measurement accuracy in wide speed range. The eQEP interface is presented. The equations and guide for parameter calculation which takes into consideration processor limitations and encoder resolution are included. Implementation of the method in the processor is discussed

Data acquisition system of current collectors test stand

W referacie omówiono nowatorskie stanowisko do diagnostyki technicznej odbieraków prądu w aspekcie problematyki akwizycji danych pomiarowych. Przedstawiono i uzasadniono metodę pośredniego pomiaru wielkości fizycznych, na podstawie których odbywa się diagnoza. Opisano wykonanie i parametry poszczególnych komponentów torów pomiarowych. Zwrócono uwagę na problem przesyłu sygnałów w rozległym terytorialnie systemie umiejscowionym w niekorzystnych warunkach środowiskowych. Omówiono programową obsługę sprzętu pomiarowego oraz rejestracji i przesyłu danych pomiarowych do komputera centralnego stanowiska.Proper periodic maintenance is essential for reliability and safety of railway transportation. Regular, fast and accurate diagnostics of locomotives' current collectors is necessary. The paper describes new test stand in railway vehicles' service station with emphasis on its data acquisition system. Indirect measurement of diagnostic data was introduced. Construction of test stand and selection of equipment was discussed. Solution to data transmission in broad system situated in harsh ambience was presented. Software application acquiring and storing data was introduced

Analysis of microcontrolers features for electric drive controller

Przedstawiono wymagania stawiane mikrokontrolerom stosowanym w sterownikach napędu elektrycznego. Dokonano przeglądu najpopularniejszych układów. Omówiono szerzej trzy przykładowe typy mikrokontrolerów o różnym stopniu złożoności, pochodzące od różnych producentów. Zwrócono uwagę na funkcjonalność i parametry warunkujące możliwość wykorzystania ich w założonym zastosowaniu. Rozważono wydajność wbudowanych jednostek arytmetyczno-logicznych. Opisano środowiska umożliwiające oprogramowanie mikrokontrolerów. Podkreślono znaczenie narzędziowego wyposażenia sprzętowego. Rozważania podsumowano tabelą porównawczą cech wybranych typów mikrokontrolerów. Oceniono przydatność przedstawionych mikrokontrolerów w sterowniku napędu elektrycznego.The requirements for microcontrollers used in electric drive converters were presented. A review of the most popular silicon chips is included. Three exemplary types of microcontrollers with different levels of complexity, from different manufacturers were chosen. Functionality and parameters determining the possibility of using them within a given application were discussed. The software development environments were described. The importance of hardware utility equipment was emphasized. Comparative table of selected microcontrollers parameters was given. The possibility to use particular microcontrollers in electric drive converter was summarized

3D machine vision system for evaluation of current collectors contact strips conditio

Nakładki stykowe, będące elementami kolejowego odbieraka prądu, bezpośrednio stykające sie z przewodem jezdnym sieci trakcyjnej, są ważnym elementem układu zasilania pojazdu szynowego. Nakładki ulęgają zużyciu oraz uszkodzeniom. Pogarsza to warunki odbioru prądu, a nawet może skutkować uszkodzeniem sieci i odbieraka. Istnieje wiec potrzeba regularnej diagnostyki nakładek stykowych. Zaproponowano zastosowanie do tego celu systemu skanowania z kamera 3D. Omówiono idee trójwymiarowego skanowania powierzchni nakładek z wykorzystaniem kamery oraz oświetlacza laserowego. Opisano laboratoryjne stanowisko pomiarowe oraz stanowisko terenowe zamontowane na linii kolejowej. Przedstawiono wybrane wyniki skanowania oraz analizy stopnia zużycia nakładek stykowych. Oszacowano dokładność wyznaczania wymiarów nakładek za pomocą wykonanego stanowiska.Contact strips are one of the most important elements of a rail vehicle’s current collector. They suffer from wear due to friction between the contact wire and their surface. Apart from exploitation wear, contact strips are subject to damage, such as chipping, detachment of segments, cracks in carbon strips, etc. Serious defects may contribute to damage of current collector and/or the break of overhead line. Therefore it is necessary to detect defects of contact strips as soon as possible. An innovative stand has been proposed for diagnosing contact strips of current collectors when the vehicle passes the test point on the rail line. This stand makes it possible to establish the degree of wear in contact strips and detect possible defects. The condition of contact strips can be monitored much more frequently than the schedule of a vehicle periodic service prescribes. The elaborated stand was first tested in laboratory conditions and then installed on the rail line running out of engine house, where operation tests took place. Principles of measurement with the use of 3D vision system have been described, and the structure of the elaborated stand, as well as selected scanning results have been presented. The issue of resolution and accuracy of measurements has also been addressed

3D-scanning system for railway current collector contact strips

Undisturbed collection of current from a contact wire of the catenary constitutes one of the basic elements in reliable operation of electrified rail transport, particularly when vehicles move at high speed. Quality of current collection is influenced by the construction of catenary and current collectors, as well as by the technical condition and regulation of these two elements. Total contact force of a current collector head on contact line and the condition of contact strip surface determine the quality of the contact between a current collector and contact line. This paper presents an innovative stand for diagnosing contact strips on current collectors with the use of 3D imaging technique. The stand has been tested in laboratory and during trial exploitation on a railway line. Implementation potential of the proposed method has been confirmed

Metody wyznaczania mocy znamionowej agregatu prądotwórczego napędzanego silnikiem spalinowym

Basic concepts for evaluating rated power of generator sets powered by combustion engines are presented in this article. A relation between parameters of the engine and the generator are shown. Recommendations contained in the standards and technical literature are systematized. The scheme and methodology for evaluating rated power of the generator set, based on laboratory research, are suggested. Also, the main problems which occurred during research have been highlighted. The differences between the values of rated power assumed in theoretical consideration and obtained during laboratory research for the sample unit, have been commented upon.Przytoczono podstawowe pojęcia związane z określaniem mocy agregatów prądotwórczych napędzanych silnikami spalinowymi. Podano relacje obowiązujące pomiędzy parametrami silnika i prądnicy. Usystematyzowano wskazania zawarte w normach oraz literaturze fachowej. Zaproponowano schemat i metodykę wyznaczania mocy znamionowej agregatu na podstawie badań laboratoryjnych. Zwrócono uwagę na kluczowe problemy praktycznego przeprowadzania badań. Skomentowano różnice w wartościach mocy znamionowej wyznaczonych teoretycznie oraz praktycznie dla przykładowego agregatu

Application of low-cost wireless modules in home lighting automation

W artykule zaprezentowano niedrogi system zdalnego sterowania oświetleniem w budynku. Dokonano krótkiego przeglądu dostępnych na rynku, gotowych rozwiązań. Zaproponowano własną strukturę sterowania wykorzystując tanie moduły bezprzewodowe. Przedstawiono projekt najistotniejszych elementów systemu. Omówiono sposób oprogramowania modułów oraz nadrzędną aplikację sterującą. Artykuł zawiera ocenę systemu, z uwzględnieniem możliwości modyfikacji i usprawnień.The paper presents a low-cost remote control of house lighting system. A short overview on the market ready-to-use solutions is included. Proposed control structure, using low-cost wireless modules is described. A project of the most important elements of the system is described. Software development process is presented. Article is summarized by the assessment of the system with an indication of possible modifications and improvements