Prof. dr hab. inż. Zbig niew K rzem iński W ydział E lektrotech niki i A u tom a tyki Politechnika G dańska
G d ańsk, 31 .0 8 .2 0 1 1
R e ce n zja
Rozpraw y d o kto rskie j m gr inż. Rom ana N iestroja
pt. Analiza porów naw cza w ybran ych układów odtw arzania zm iennych stanu i m om entu elektrom ag n etyczn eg o silnika in dukcyjn ego
Recen zja w ykonan a na zlecenie D ziekana W ydziału Elektryczn eg o P olitech niki Ś lą sk ie j.
1. T em atyka rozpraw y
T em atyka rozpraw y obejm uje badania układów odtw arzania zm ien n ych stanu m aszyn in dukcyjn ych . Rozpatrzono układy z m odelem referen cyjn ym (ang. Model Reference A d a p tive S yste m , M RAS).
Pom im o w ielu lat rozwoju teorii obserw ato ró w mało je s t opracow ań dotyczących m etod a n a lizy w łaściw ości układów M RAS. Z w y k le a u to rzy o g ra n icza ją się do o kreślen ia stru ktu ry i w arun kó w stab iln ości obserw atora bez an alizy w pływ u zakłóceń i dokładności określen ia p aram etró w obiektu. Podjęta przez Autora te m a tyk a odporności M RAS na odchyłki pa ram e tró w i zakłócenia je s t aktu aln a zw łaszcza w zastosow aniu do m a szyn y in d u kcyjn ej. Badania odporności układów na zkłócenia i zm ia n y param etrów M RAS są złożone od stro n y o b liczen io w ej i w ym a g a ją zasto so w an ia m etod n u m eryczn ych , rozbudow anego o pro gra m o w an ia i określen ia kryte rió w doboru w zm ocnień.
Na tle stanu techniki i badań m ożna zatem stw ierdzić, że podjęta przez Autora te m a tyk a rozpraw y je s t aktualn a pod w zględem naukow ym i w ażna dla zastosow ań p ra ktyczn ych .
2. Ogólna analiza m erytoryczna rozpraw y
Celem pra cy je s t analiza porów naw cza w ybranych układów M RAS przy zastosow aniu an a lizy opartej na w ielu kryteriach. Badane układy są znane z literatury. A u to r skoncentrow ał się na badaniu stabilności w ybranych układów M RAS, ich odporności na zakłócenia sygnałów w ejściow ych i odporności na błędy id en tyfikacji param etrów silnika indukcyjn ego.
Z realizo w an ie celu pracy w ym agało opracow an ia o program ow ania służącego do w ykonyw ania sym u lacji cyfrow ych oraz o program ow ania służącego do au to m atyza cji badań. O program ow anie zostało w ykonan e w ram ach prow adzonych badań i stanow i istotn ą część w kładu w łasnego A utora. W ykonanie o program ow a nia w raz z zaim plem en tow an ym i a lgo rytm am i w ym agało dużej w iedzy, stosow ania oryg in alnych rozw iązań i opanow ania złożonych n arzędzi pro gram istyczn ych.
Podstaw ą przeprow adzon ych badań s ą m odele m atem atyczn e silnika in dukcyjnego. A u to r przep ro w ad ził niezbędne rozw ażania u zy sk u ją c zn an y m odel siln ika, w którym w prow adził w yb rane w łasne oznaczenia w yko rzystyw an e w dalszej części pracy. Takie podejście je s t w łaściw e, je d n a k pewna n a dm iaro w o ść oznaczeń , będąca w yn ikiem dążenia A utora do perfekcji zapisu , utrudnia czytan ie pracy i analizę rezultatów . D alszym u tru dn ieniem w ystę p u ją cym przy czytan iu pracy je s t w prow adzenie oznaczeń zm ie n n ych , które nie w ys tę p u ją w spisie oznaczeń.
Model m a te m a tyczn y siln ika in du kcyjn ego został w yk o rzy sta n y do prezentacji m odelu napięciow ego, m odelu prądow ego, e stym a to ra prądu uzw ojenia stojan a i proporcjonalnego obserw atora Luenbergera w yko rzystyw an ych w badanych w pracy układach odtw arzania zm ienn ych. O trzym a n e stru k tu ry są znane, ale ich prezentacja została rozbudow ana o rozw ażania d o tyczące zm ia n y układu w spółrzędnych, co znalazło zastosow anie w dalszej części pracy.
A u to r o bszern ie przedstaw ił zag ad n ien ie doboru w spółczyn ników w zm ocnienia obserw atora proporcjonalnego. Pokazał za leżn o ść położenia biegunów od prędkości kątow ej w irnika. Zap rop on ow ał zastosow anie algo rytm u gen etyczn eg o do doboru w spółczyn ników w zm ocnienia o bserw atora. O trzym ał stałe w artości w spółczyn n ików obserw atora zapew n iające m in im alizację w ybranych w ska źn ikó w przy sze ro kim za kre sie zm ian prędkości kątow ej w irnika. Z astosow an ie ta k efektyw nego narzędzia, ja k im je s t algorytm gen etyczn y, um ożliw iłoby rów n ież ustalenie o gran iczon ego zakresu zm ienn ości położenia biegunów obserw atora przy zm ianach prędkości kątow ej w irnika przy założeniu zależn ości w spó łczyn n ików w zm ocn ienia od punktu pracy.
U kłady MRAS poddane an alizie zostały zaprezentow ane w rozdziale 5. Układy te są zna n e z literatury, zw ykle przy innym zapisie w porów naniu z zasto so w a nym w pracy. W obec rozw ażania sześciu układów w skazane byłoby zam ieszczen ie ta blicy, w której w sposób skró to w y byłyby pokazane poszczególne stru k tu ry i bez uogólnień w skazane algo rytm y ad ap ta cyjn e g o w yzn aczania prędkości kątow ej w irnika. U łatw iłoby to odw ołania w dalszej części pracy, gdyż roli takiej nie pełnią rysunki struktur.
Na rysu n ku 5.3.2 przedstaw iono w yn iki badań sy m u la cyjn ych dla otw artej pętli m e chan izm u adaptacyjnego. Nie podano, jak a je s t odchyłka pom iędzy p ręd ko ścią rze c zy w istą a odtw arzaną. Nie je s t ja s n y cel takich badań, nie w iadom o ja k zm ien ian a je s t prę d ko ść w irnika w m odelu dostrajan ym .
Nie je s t ja s n y cel przedstaw ienia rozdziału 5.5. O czyw iście m ożliw e je s t zapisanie ogólnych równań błędu odtw arzania zm ienn ych n ieza leżnie od kon kretn ej realiza cji, je d n a k nie w nosi to żadnego efektu poznaw czego, ani nie ułatwia an alizy tekstu pracy.
Rozdział 5 napisan y je s t w sposób n iep rzejrzysty. Trudno prześled zić ogólne za leżn ości, zw łaszcza że w teście w ystę p u ją liczne odw ołania do poprzednich w yrażeń i sp e cyficzn e oznaczenia w prow adzone prze Autora.
W niosek o braku m ożliw ości udow odnienia globaln ej stab iln ości układów MRAS p rze d sta w io n y w rozdziale 6 w yd aje się oczyw isty. Istn ie ją bow iem p u n kty pracy m aszyny in d u k cy jn e j, w których nie ma m ożliw ości jed n o cze sn ej estym a cji w ektora stru m ien ia w irn ika i prędkości w irnika. Stąd próby udow odnienia glob aln ej stabilności układów MRAS w sp o só b ogólny są skaza ne na niepow odzenie. Ponadto niepow odzenie zastosow ania dru giej m etody Lapunow a do w ykazania stabilności układu dyn am iczn eg o nie św iadczy o tym , że ten układ je s t n iestab iln y, ale o tym , że A u to r rozw ażań nie zna lazł odpow iedniej postaci fu n kcji Lapunowa.
Podrozdziały 7.1 i 7.2 s ą zbędne ze w zględu na e le m e n ta rn y, podręczn ikow y ch a rak te r rozw ażań do tyczą cy lin ea ryza cji równań układu dyn am iczn ego.
Badania stabilności zlin ea ryzo w an eg o układu M RAS A u to r przeprow adził dla m odelu siln ik a , w któ rym w ystę p u ją w artości zm ienn ych w punkcie pracy. N ajprościej w artości zm ie n n ych w punkcie pracy ustalonej silnika in dukcyjn ego m ożna w yzn aczy ć p rzy jm u jąc prędkość, m o m en t obciążenia i w arto ść w ektora stru m ie n ia ja k o pu nkt w yjścia do obliczeń. P rzy ję ty przez Autora zbiór w ielko ści, od których zależy pu nkt pracy, w ym aga n u m eryczn ego ro zw ią zyw an ia układu równań nieliniow ych, co je s t pracochłonne i uciążliw e.
A u to r badał stab iln o ść układów M RAS stosu jąc m etodę, w której konieczne je s t okre śle n ie tra n sm itan cji. A u to r przed staw ił w yniki badań w postaci w ykresó w położenia
biegunów rów nania ch a rakte rystyczn e g o stosu ją c in tere su ją cy sposób prezen ta cji w yników z w yko rzystan iem kolorów dla pokazania zm ienn ości prędkości kątow ej w irnika.
W ykresy położenia biegunów pokazane na rysun kach 8.2.7 do 8 .2.12 nie m ają w artości przy an alizie układu napędow ego lub gen ratorow ego, gdyż przy stałej częstotliw ości zasilania ta k szero ki zakres zm ian prędkości w irnika, ja k i przyjęto na w ykresach , nie w ystępuje. Istnieje je d n a k pew ne zastosow anie tych w yników , zw łaszcza w form ie pokazanej na rysunkach 8.3.1 i 8 .3.2, do opracow ania ta k zw anego lotnego startu, czyli w łączania układu przekształtn iko w ego przy w irującym w irniku silnika.
W yniki badań sym u lacyjn ych pokazane na rysun kach 8.4.2 - 8 .4 .6 pokazano w zakresie bardzo małych zm ian o dtw arzanych w ielkości. Z m ian y na szóstej pozycji są w rzeczyw istym układzie nieistotne. C zy badane były w łaściw ości układu MRAS z uw zględnieniem zasilania silnika z falow nika sterow a nego m etodą m odu lacji szerokości im pulsów ? Jakie są przy ta kim zasilan iu chw ilow e zm ia n y napięcia i prądu?
A u to r przedstaw ił an alizę c h a ra k te rys ty k często tliw o ścio w ych zlin eryzo w a nych układów MRAS. W yniki badań m ogą zn a le źć zastosow a nie w specjalnych ro zw iązan iach układów diag n ostycznych silnika in dukcyjn ego i napędzanego obiektu.
A u tor przedstaw ił w rozdziale 11 obszern e w yn iki badań w łaściw ości układów M RAS przy zab u rzeniach sygnałów w ejściow ych oraz przy o dch ylen iach pa ram etrów siln ika użytych w m odelu. Z a k re s w yników pozw ala na ocenę w łaściw ości różnych realizacji układów M RAS i ew entualny w yb ór najlepszej do okre ślo n ych zastosow ań. Jakość p rezentacji w yn ików w skazuje na zn ako m ite opanow anie przez A utora narzędzi badw czych.
Pewne zastrzeżen ia budzi prezentow an ie błędu odtw arzania prędkości ja k o procentu w artości w punkcie pracy. Prow adzi to do pokazyw an ia, że dla m ałych prędkości procentow e błędy odtw arzan ia są bardzo duże, naw et 100% , co nie je s t w ygodne do in terp retacji.
3. Ocena w yników badań eksperym en taln ych
Badania ekspe rym en taln e , których w yn iki przedsta w iono w rozdziale piątym , przeprow adzon o na stanow isku la b o rato ryjn ym zn a jd u ją cym się w Politechnice G d a ń skiej przy udziale d r inż. A rka d iu sza Lew ickiego. Została przy tym naw iązana in tensyw na w spółpraca pom iędzy A utorem pracy a K a ted rą A u to m a ty ki Napędu Elektryczn eg o na W ydziale Elektrotech n iki i A u to m a tyki PG. R ezu ltatem w spółpracy s ą w spólne referaty w cza sopism ach , w których w spółautorem je s t A. Lew icki. Badania zostały przeprow adzon e z w yko rzysta n iem procesora S h arc firm y A nalog D evices i system u o program ow ania narzędziow ego u m ożliw iającego b ie żą cą kon tro lę i m o nitorin g w szystkich zm ien n ych użytych
w program ie układu regulacji. Stan o w isko badaw cze oraz zastosow ana technologia zap e w n iają bardzo w ysoki poziom przeprow adzon ych badań.
W yniki przeprow adzon ych badań laboratoryjn ych potw ierdziły rezultaty o trzym an e na drodze sym u lacji. Jest to istotne, gdyż w m odelach sym u la cyjn ych zastosow ano uproszczenia, w tym pom inięto układ generow ania napięcia za pom ocą falow nika.
4. Uwagi szczegółow e
20ł3 - co znaczy „tran sform acja dw uosiow a fazow eg o układu w spółrzędn ych do układu prostokątnego x-y-0"?
27g - oznaczenie transform acji układu w spółrzędn ych przez T jest nadm ierne.
A u to r konsekw entnie w prow adza oznaczenie T„ , , , (3 6 i), które je st ju ż 4vxi yij-nx2-y2j
du żą przesadą. Poza tym dokładna analiza oznaczenia X4^x _y _y j prow adzi do w niosku, że je st ono błędne.
4 2 1 - w spółczyn niki k[ i k , s ą m a cierzam i, co nie zostało uw zględnione przez odpow iedn ie oznaczen ie.
42s - w ystępu je n iezgod n ość w ym iarów praw ej i lew ej stro ny rów nania. W praw d zie A u to r w dalszej części w yw odu w yjaśnia, że pierw iastki rów nania ch arakterystyczn eg o zaw iera ją po dw a pierw iastki, je d n ak takie podejście m ożna uznać je d y n ie za in d yw id u aln ą tw ó rczo ść Autora. W teorii sterow ania znane są określo n e m etody oznaczeń, które A u tor pow inien pokornie respektow ać.
5 3 8,9 - A u to r podał w sposób bardzo ogólny zależn ości do w yzn acza nia w ielkości \v^ef) i Wjadap[j ja k o statyczn e fu n kcje prądów i napięć. W dalszej części pracy nigdzie takie zależn ości nie w ystępu ją, w ięc u og óln ienie je s t zbędne.
54 4 - co oznacza określen ie „siła e le ktro m o to ryczn a tra n sform a cji"? Siła e lektro m o to ryczn a w m a szynie w ystępuje o biektyw n ie i n ieza le żn ie od tra n sform a cji układu w spółrzędnych. 5 5 14 - nie ma podziału układów całku jących na klasyczne i ja k ie ś inne.
5 6 3 - nie ma potrzeby w prow adzan ia o zn aczen ia w ektora vj/r l .
57 j - e le m e n ty m acierzy z p o tró jn ym i indeksam i są, ja k w yn ika z dalszych rozw ażań, m a cierzam i. P rzyję ty sposób ozn aczan ia m acierzy n o rm a ln ą czcio n k ą utrudnia czytan ie tekstu .
7 4 3 - w yra żen ie (6.1.1 ) je s t n iezro zum ia łe. Nie je s t to definicja stab ilności.
7 4 13 - w prow adzenie ozn aczen ia <^x nie ma żadnego m atem atyczn eg o uzasadnien ia. W prow adza je d y n ie dodatkow a k o m p lik a c je u tru d n iającą czytanie.
7 8 s - i dalej - określen ie „pochodna czasow a" je s t niepraw idłow e.
5. Uwagi redakcyjne
Praca zaw iera szereg niedociągnięć utru dn iających czytan ie. W iele stw ierdzeń pow tarzanych je s t kilkakrotn ie. Znaczna część pracy m ogłaby być napisana w krótszy, zw ięzły sposób. Często pojaw iają się odw ołania do w zorów lub w yn ików z poprzednich rozdziałów . W w ielu m iejscach pracy w ystę p u ją pow tórzenia w yjaśnień lub stw ierdzeń .
S tyl redakcji odbiega w wielu m iejscach od przyjęteg o w opracow an iach naukow ych. Przykładem je s t opis równań estym atora prądow ego podany na stron ach 55 i 56. W literatu rze przyjęto schem at: rów nanie (...), gdzie (...). A utor stosuje opis rów nania, a następnie w yp unktow anie opisów rów nań. Je st to pewne utru dn ienie czytan ia dla osób, które przean alizow ały du żą ilość standardow ych tekstów i nie pow inno być w prow adzanie w rozpraw ie doktorskiej.
6. Ocena ogólna i w niosek końcow y
A u to r w yka za ł d u żą w iedzę te o re ty c zn ą z zakresu ele ktro te ch n iki i a u to m a tyk i oraz um iejętności sam odzieln ego prow adzenia pracy naukow ej i pracy zespołow ej, co św iadczy 0 spełnieniu w ym agań staw ianych przy nadaw aniu stopnia naukow ego do kto ra. Praca zaw iera oryg in a ln e osiągnięcia Autora w za k re sie zastosow ania układów M RAS do odtw arzania zm ienn ych stanu m aszyny in du kcyjn e j. Dużym osiągn ięciem je s t opracow an ie m etod badania w łaściw ości układów M RAS. W nioski w yciągn ięte z badań d o tyczą kon kretn ych rozw iązań, m ogą być je d n a k uogóln ione na inne rozw iązan ia. Rozpraw a je s t po dsum ow an iem istniejącego stanu w ied zy w zakre sie w ybranej klasy układów MRAS zasto so w a nych do odtw arzania zm iennych m a szyn y in d u kcyjn ej i zaw iera w iele o ryg ina lnych 1 in tere su ją cych w yn ików . Uwagi krytyczn e przed staw ione w yżej m a ją ch a ra k te r d y sk u syjn y i nie p o m n ie js za ją w artości pracy. S tw ie rd za m , że praca spełnia w aru n ki staw iane rozpraw om do kto rskim określon e w Art. 11 U staw y „O tytu le naukow ym i stopniach n a u ko w ych " i staw iam w niosek o do puszczenie do pu blicznej obrony.
