Sähkökäytön nopeussäädön mallintaminen ja virittäminen valssainsovelluksissa

Tässä diplomityössä on kehitetty simulointimalli sähkökäytölle, jossa on suora vääntömomenttisäätö (DTC). Sähkökäytön malli voidaan jakaa kolmeen osaan: nopeussäätöön, suoran vääntömomenttisäädön ja moottorin yhdistettyyn malliin ja mekaniikkamalliin. Työn pääpaino on nopeussäädössä ja erityisesti sen PID-säätäjässä. Valssainsovelluksissa hankalien vääntövärähtelyjen vaimentamiseksi tarvitaan nopeussäätöön FIR- ja IIR- suodattimet. Simulointimallin suoran vääntömomenttisäädön toteutus perustuu vääntömomentin muutosnopeuden rajoittamiseen. Valssainten monimutkaisuuden vuoksi tämän työn mekaniikkamalli voi sisältää 12 hitausmomenttia ja näiden väliset joustavat akselit, vaimennukset ja mahdolliset välykset. Työssä selvitetään myös PID-säätäjän parametrien virittämistä Ziegler-Nicholsin taajuusvaste- ja reletakaisinkytkentämenetelmillä samoin kuin Monte Carlo -simuloinnilla. Havaitaan, että reletakaisinkytkentämenetelmällä voidaan selvittää mekaniikan alimmat ominaistaajuudet. Käytettävissä on ollut ABB:n kehittämä kehittyneempi simulointimalli suoralle vääntömomenttisäädölle, jonka tuloksia verrataan työssä kehitetyn simulointimallin tuloksiin. Tulokset vastaavat hyvin toisiaan siitä huolimatta, että ABB:n DTC-mallin tuloksissa on hystereesivärähtelyjä, jotka puuttuvat yksinkertaisemman mallin tuloksista. Myös kentänheikennysalueella toimittaessa syntyy eroja staattorivuon muutosnopeuden rajoituksen vuoksi. Työssä tehtiin vertailu yksinkertaisemman simulointimallin antamien tulosten ja mittauslaitteistolla saatujen tulosten välillä. Tulokset olivat nopeussäätäjän osalta yhteneväiset. Mitatuissa tuloksissa esiintyi enemmän värähtelyjä kuin simuloinneissa saaduista tuloksista. Suurempitaajuiset värähtelyt selittyvät mittauslaitteiston mekaniikan tuntemattomilla parametreillä. Simulointimallilla selvitettiin, auttaako vääntömomenttiohjearvon suodattaminen vähentämään kuorman värähtelyjä. Samalla etsittiin Monte Carlo -simuloinnilla optimaalinen aikavakio ja optimaaliset PI-säätäjän parametrit kyseiselle vääntömomenttiohjeen suodatusaikavakiolle. Tulosten perusteella vääntömomenttiohjeen suodattamisesta voi olla hyötyä, jos mekaniikka ei ole liian jäykkää. Yleispätevää sääntöä suodatuksen hyödyllisyydestä ei tullut ilmi, vaan hyödyllisyyden havaittiin riippuvan käytetystä mekaniikasta