Pokročilé řízení pohonu elektricky asistovaného kočárku

Ing. Ondřej Mach

Diplomová práce

Advanced motor control of electrically assisted baby carriage

Anotace:

Cílem práce je návrh a realizace pokročilého řízení pohonu elektricky asistovaného kočárku. Úlohu lze principiálně kategorizovat na dvě dílčí nezávislé části - elektroniku výkonového třífázového můstku a centrální řídící jednotku vybavenou odpovídajícím softwarem. Výkonový třífázový můstek slouží pro dynamické (pulzně šířkově modulované) řízení bezkartáčových stejnosměrných motorů. Můstek je realizován výkonovou částí založenou na unipolárních tranzistorech, jejich budičích zastávajících roli virtuální plovoucí země a dále doprovodných, zejména ochranných obvodech. Dvouprocesorová řídící jednotka zpracovává implementovanými algoritmy signály Hallových senzorů BLDC motorů, na základě kterých generuje odpovídající sdružené PWM signály. Princip pokročilého řízení pohonu vyžaduje plnou kontrolu nad okolním terénem, jenž je v reálném čase zprostředkovávána digitálním tříosým akcelerometrem ADXL345. Centrální řídící jednotka dále disponuje možností záznamu provozních dat na multimediální mikro SD kartu, servisní USB komunikací a bezdrátovým připojením prostřednictvím integrovaného bluetooth modulu třídy II. Hlavními problémy práce se jeví jednak mechanické provedení celého systému s ohledem na potenciálně vysoké teploty výkonových spínacích prvků, problematika elektromagnetické kompatibility doprovodných řídících obvodů, proudové dimenzování, softwarové vybavení a také vhodné, robustní navržení schématu.

Abstract:

The objective of this work is the design and implementation of advanced traction control of an electrically assisted wheelchair. The task can generally be divided into two independent parts the first part dealing with electronics of a three-phase bridge and the second part dealing with a central control unit equipped with appropriate software. The three-phase bridge is used for dynamic (pulse width modulated) control of brushless DC motors. The implementation is based on a performance part based on unipolar transistors, their exciters taking on the role of virtual floating ground and auxiliary circuits, i.e. protective circuits. Using algorithms implemented in this work, a dual processor control unit processes the signals of six Hall sensors of the BLDC motors, and interacting with user commands, it generates the PWM signals associated with the Hall sensor signals. The principle of advanced propulsion control requires full control over the surrounding terrain, which is provided by a three-axis digital accelerometer in real time. The central control unit enriches the application beyond the scope of the assignment, containing an option to store recorded operational data to a multimedia micro SD card, as well as having an USB communication service and wireless connectivity via an integrated Blue-tooth module. The main problem of the work shows to be not only the mechanical design of the entire system with regard to the potentially high temperatures of the wattage switching elements, electromagnetic compatibility problems of the auxiliary control circuits, current dimensioning and software equipment but also an appropriate and robust schematic design.

Klíčová slova

Řízení bezkartáčových motorů, výkonová / řídicí jednotka, třífázový můstek, ochranné prvky

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 5. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 14. 6. 2016
• Vedoucí: Ing. Pavel Jandura, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Magisterský studijní program / obor:
Elektrotechnika a informatika / Mechatronika